Una nuova tecnologia che trasforma il calore di scarto in elettricità, “in un modo che prende letteralmente in giro la legge di base della fisica termica“. Così gli ingegneri e scienziati dell’Università della Colorado Boulder (CU Boulder) hanno presentato la loro ultima innovazione, che ha il potenziale per rivoluzionare le industrie manifatturiere aumentando la produzione di energia senza la necessità di fonti di calore ad alta temperatura o materiali costosi.
Generare elettricità dal calore di scarto con i dispositivi TPV
“Il calore è una fonte di energia rinnovabile che viene spesso trascurata“, racconta il professore Longji Cui della CU Boulder, “Due terzi di tutta l’energia che utilizziamo viene trasformata in calore di scarto. Pensa allo stoccaggio di energia e alla generazione di elettricità che non coinvolgono combustibili fossili. Possiamo recuperare parte di questa energia termica sprecata e usarla per produrre elettricità pulita“.
Come? Con un dispositivo che utilizza un metodo di conversione dell’energia termica chiamato termofotovoltaico (TPV), che sfrutta l’energia termica proveniente da fonti di calore di scarto per generare elettricità.
Questo metodo è già in uso nei processi industriali ad alta temperatura, ma non è altamente efficiente. Il motivo? Un limite fisico: quello della legge della radiazione termica di Planck, un principio fondamentale della fisica che stabilisce un tetto massimo alla quantità di energia termica che può essere trasformata in energia elettrica.
Da tempo la ricerca ha cercato di avvicinarsi o superare questo limite, ma senza grandi risultati visto che alla fine venivano progettati dispositivi costosi e non scalabili. Tuttavia, il team di ricerca dell’Università della Colorado Boulder, guidato dal professore Longji Cui, ha trovato un modo per aggirare questo limite.
Dalla CU Boulder arriva un dispositivo TPV senza vuoto
Il punto di svolta della ricerca risiede nell’adozione di una soluzione denominata “zero-vacuum gap”. Mentre i dispositivi TPV tradizionali presentano un’intercapedine riempita di gas o vuoto tra la fonte di calore e la cella solare, il nuovo modello impiega un distanziatore isolante in vetro, trasparente agli infrarossi e ad alto indice di rifrazione. Come raccontano i ricercatori, questo distanziatore crea un canale ad alta densità di potenza che consente alle onde di calore termico di viaggiare attraverso il dispositivo senza perdere forza, migliorando drasticamente la generazione di energia.
“In precedenza, quando le persone volevano migliorare la densità di potenza, dovevano aumentare la temperatura. Diciamo un aumento da 1.500 C a 2.000 C. A volte anche più in alto, il che alla fine diventa intollerabile e pericoloso per l’intero sistema energetico“, ha spiegato Cui. “Ora possiamo lavorare a temperature più basse che sono compatibili con la maggior parte dei processi industriali, pur generando energia elettrica simile a quella di prima. Il nostro dispositivo funziona a 1.000 °C e produce una potenza equivalente a 1.400 °C nei dispositivi TPV odierni“.
Secondo il professor Cui, questa tecnologia ha il potenziale per trasformare settori chiave, riducendo le emissioni di carbonio e migliorando l’efficienza dei sistemi di generazione di energia. Infatti la sua principale caratteristica (quella di lavorare anche a “basse” temperature) la rende particolarmente adatta a processi industriali come la produzione di vetro, acciaio e cemento. Inoltre, il vetro rappresenta un materiale economico e facilmente disponibile, un vantaggio chiave per la scalabilità industriale di questa innovazione.
Il gruppo di ricerca sta già esplorando l’uso di altri materiali economici, come il silicio amorfo, per aumentare ulteriormente la densità di potenza fino a venti volte rispetto ai dispositivi attuali.
