Innovazione USA: grazie ai materiali compositi si può migliorare l’efficienza solare


I ricercatori americani hanno sviluppato un materiale composito, con un nuovo processo produttivo, in grado di migliorare le perfomance delle attuali centrali solari a concentrazione, impianti che utilizzano specchi o lenti per concentrare la luce del sole e mettere in funzione motori termici.
La ricerca – frutto del co-autore Kenneth Sandhage, Professore Ingegneria dei materiali alla Purdue in collaborazione con il Georgia Institute of Technology, l’Università del Wisconsin-Madison e l’Oak Ridge National Laboratory – parte dal principio base che negli impianti di solare termodinamico vengono utilizzati specchi o lenti per concentrare i raggi luminosi su una piccola area; il calore generato viene trasferito a un sale fuso che a sua volta lo cede a un fluido di lavoro – diossido di carbonio supercritico -, che si espande e fa girare una turbina per generare elettricità.
Per rendere il sistema più efficiente ed economico, il motore a turbina dovrebbe lavorare con temperature di ingresso più elevate. Il problema è che gli scambiatori di calore, che trasferiscono l’energia termica dal sale fuso caldo al fluido di lavoro, sono attualmente realizzati in acciaio inossidabile o leghe a base di nichel: elementi che diventano troppo morbidi a temperature più elevate di quelle impiegate oggi.
La soluzione è un nuovo materiale composito ceramico-metallico in grado di gestire alte temperature e pressione. La ricerca degli scienziati si affida al carburo di zirconio e al tungsteno. Questo nuovo mix potrebbe essere adattato per sopportare con successo l’anidride carbonica supercritica ad alta temperatura e ad alta pressione, necessaria per generare elettricità in modo più efficiente rispetto agli scambiatori di calore tradizionali. Un’analisi economica dei ricercatori di Georgia Tech e Purdue ha anche dimostrato che la produzione su scala di questi scambiatori di calore potrebbe essere condotta a costi comparabili o inferiori rispetto a quelli in acciaio inossidabile o in lega di nichel.


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