Michael Grätzel

Professor at the Ecole Polytechnique de Lausanne Professor Michael Grätzel directs there the Laboratory of Photonics and Interfaces. He pioneered studies of mesoscopic materials and their use in energy conversion systems, in particular photovoltaic cells, and photo-electrochemical devices for the splitting of water into hydrogen and oxygen by sunlight. He discovered a new type of solar cell based on dye sensitized nanocrystalline oxide films. His most recent awards include the Albert Einstein World Award of Science, Material Innovation Award, Gutenberg Research Award, the Paul Karrer Gold Medal, the Balzan Prize and the  2010  Millenium Technology Grand Prize. He received a doctoral degree in Natural Science from the Technical University Berlin and was awarded honorary doctor’s degrees from 8 European and Asian Universities. With over 94’000 citations (h-index 144) he is one of the 5 most highly cited chemists in the world.

Versione italiana

Professore presso l’Ecole Polytechnique di Losanna, Michael Grätzel è responsabile del Laboratorio di Fotonica e delle Interfacce dell’istituto. E’ stato tra gli iniziatori della ricerca sui materiali  mesoscopici e il loro utilizzo nei sistemi di  scambio di energia, in particolare le celle fotovoltaiche e le apparecchiature foto elettrochimiche per la scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno grazie alla luce solare. Ha scoperto un nuovo tipo di cella solare sensibilizzata con coloranti. Di recente è stato insignito dell’Albert Einstein World Award of Science, il Material Innovation Award, il Gutenberg Research Award, la Paul Karrer Gold Medal, il Balzan Prize e il Millenium Technology Grand Prize per l’anno 2010. Gli è stato conferito il Dottorato dall’Università TU di Berlino e ha ricevuto lauree ad honorem da otto università europee e  asiatiche. Con oltre 94,000 citazioni (Indice H 144), è  uno dei cinque chimici citati più di frequente al mondo.

Nanotechnology for Sustainable Energy

A major concern of everyone in the 21st century is the ever-increasing demand for energy while available natural energy resources are being fast depleted. Total energy consumption rate worldwide today is about 14 terawatts, equivalent to 235 million barrels of oil per day. Nanoscience and nanotechnology are being widely promoted as one reliable way of meeting the global demands for energy in the near and distant future. Nanoscience and its nanotechnology are broad inter-disciplinary fields where one tries to have substantial control on the properties of materials and devices through tailor-made approach/engineering that starts essentially at the molecular level. Research in nanotechnology spans the entire physical and natural science arena: from physics, chemistry, materials science to biology. Several independent studies in the US and Europe have identified the following technology areas to have excellent potential to benefit from recent advances in nanoscience and nanotechnology: solar cells, the hydrogen economy, fuel additives, batteries and electrochemical capacitors and sensors. On the energy supply side, the most obvious example is solar energy harvesting, either via solar cells for electricity generation or via water splitting to hydrogen. In both cases inorganic or organic nanostructures, mimicking the photosynthetic system, are designed to optimize the efficiency of harvesting sunlight and converting it to electrical power or fuels. Organized nanostructures of various kind have shown remarkable results in terms of high solar power conversion efficiencies Quantum-size effects observed in nanosized semiconductor particles have opened new possibilities of solar to electric power conversion efficiencies over 40%. The lecture will cover recent research on of energy conversion processes in mesoscopic systems that have opened up new opportunities to achieve efficient conversion of solar energy into fuels and electricity with storage in high power batteries.

Versione italiana

Una delle preoccupazioni essenziali del ventunesimo secolo è l’aumento costante del fabbisogno energetico, mentre le risorse energetiche naturali sono in rapido esaurimento. A oggi, il tasso totale di consumo energetico nel mondo è di circa 14 terawatt, pari a 235 milioni di barili di petrolio al giorno. Per soddisfare in maniera affidabile le necessità globali di energia nel futuro prossimo e lontano si guarda generalmente alle nanoscienze e alle nanotecnologie, vasti campi interdisciplinari in cui si cerca di ottenere un notevole controllo sulle proprietà dei materiali e degli strumenti tramite strategie e progettazioni su misura che essenzialmente partono a livello molecolare.
La ricerca nelle nanotecnologie copre l’intero spettro delle scienze fisiche e naturali: fisica, chimica, scienza dei materiali e biologia. Diversi studi indipendenti condotti in Europa e negli Stati Uniti hanno riconosciuto eccellenti potenzialità di trarre benefici dagli ultimi progressi nelle nanoscienze e nanotecnologie ai seguenti ambiti tecnologici: celle solari, economia a idrogeno, additivi per carburanti, batterie, capacitori e sensori elettrochimici. Dal lato della fornitura di energia, l’esempio più evidente è la cattura dell’energia solare, tramite celle solari per generare elettricità o elettrolisi dell’acqua per produrre idrogeno. In entrambi i casi vengono create nanostrutture, organiche o meno, che imitano il sistema fotosintetico e ottimizzano l’efficienza della cattura della luce solare e della conversione in energia elettrica o carburante. Nanostrutture organizzate di vario tipo hanno dato risultati notevoli per quanto riguarda l’efficienza della conversione dell’energia solare. Gli effetti quantistici osservati nelle nanoparticelle semiconduttrici hanno spianato la via a nuove opportunità di superare la soglia del 40% nell’efficienza di conversione dall’energia solare a quella elettrica.
Il seminario farà una panoramica delle ultime ricerche sui processi di conversione energetica nei sistemi mesoscopici, grazie ai quali si aprono nuove opportunità per ottenere una conversione efficiente dell’energia solare in carburante ed elettricità con l’immagazzinamento in batterie ad alta potenza.