Creata una pellicola sottilissima per recuperare il calore di scarto “di bassa qualità”
(Rinnovabili.it) – Una buona parte dell’energia prodotta ogni anno viene sprecata sotto forma di calore. Da diversi anni la ricerca sta tentando di trovare un modo per riutilizzare questa energia termica persa da prodotti elettronici, automobili e processi industriali. Recuperare il calore di scarto in maniera efficiente rimane tuttavia una sfida aperta, soprattutto quando ci si trova di fronte a basse temperature (si pensi, ad esempio, al calore dei caricatori dei computer portatili).
Gli scienziati dell’Università della California, a Berkeley, sperano di aver trovato una soluzione al problema grazie ad una nuova pellicola di loro invenzione. Molti degli attuali sistemi di riciclo del calore sfruttano il principio termoelettrico: generano elettricità attraverso la differenza di temperatura tra due lati di un materiale, uno caldo e uno freddo. Per funzionare al meglio, questi dispositivi hanno bisogno di un ampio differenziale. Il team voleva invece creare un dispositivo che potesse recuperare il calore di scarto “di bassa qualità”, etichetta che identifica l’energia termica con temperature inferiori a 100 ° C.
Per fare ciò, hanno creato un nanofilm che sfrutta il principio della conversione piroelettrica. Si tratta della proprietà di alcuni cristalli di accumulare cariche elettriche di segno opposto, su facce opposte, in risposta ad un cambiamento, anche piccolo, di temperatura. L’effetto è lo stesso impiegato dagli ingegneri del MIT per creare il primo risonatore termico, sistema che converte le oscillazioni termiche della giornata in energia pulita senza la necessità di due diversi lati con differenti temperature.
“Sappiamo di aver bisogno di nuove fonti energetiche, ma dobbiamo anche imparare ad utilizzare meglio l’energia che abbiamo già”, spiega Lane Martin, autore senior dello studio. Il team di ricerca di Martin ha sintetizzato una serie di materiali cristallini diversi, a partire dai quali ha prodotto sottilissime pellicole film sottile (50-100 nanometri). Insieme al gruppo di Chris Dames, professore associato di ingegneria meccanica a Berkeley, ha fabbricato e testato dei dispositivi piroelettrici prototipali basati su questi film. Tali strutture consentono ai ricercatori di misurare simultaneamente la temperatura e le correnti elettriche create e di generare calore per testare le capacità del dispositivo. Lo studio riporta nuovi record per la densità energetica della conversione piroelettrica (1,06 Joule per centimetro cubo), la densità di potenza (526 Watt per centimetro cubo) e l’efficienza (19% dell’efficienza di Carnot). I prossimi passi saranno quelli di ottimizzare i materiali per migliorare ulteriormente la capacità di recuperare il calore di scarto.