Da Pisa e Milano, convertitori termoelettrici di nuova generazione

14/07/2020

Da Pisa e Milano, convertitori termoelettrici
di nuova generazione

Lavinia Franceschelli

Basso costo e alta efficienza: nuovi dispositivi termoelettrici con nanostrutture in silicio in grado di generare energia elettrica da sorgenti di calore atemperature basse.

 

Nuovi dispositivi termoelettrici nanostrutturati basati su silicio, permetteranno la conversione diretta del calore in elettricità a basso costo e ad alta resa.

È quanto emerso da uno studio dal titolo “High power thermoelectric generator based on vertical silicon nanowires”, pubblicato sulla rivista
“NanoLetters” e frutto della collaborazione tra il laboratorio di Nanotecnologie del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa e l’Università di Milano Bicocca.

Quanto affermano i ricercatori potrebbe rappresentare una vera e propria svolta nel settore energetico, semplificando notevolmente la produzione di dispositivi termoelettrici e sfruttando al massimo le possibilità di convertire il calore in energia.

L’innovazione risiede nel materiale di utilizzo. Fino ad ora infatti, questi dispositivi, già esistenti, hanno avuto costi elevatissimi, dovuti soprattutto al materiale usato per costruirli: un semimetallo raro e molto tossico, il tellurio.

Abbassare i costi di produzione grazie al silicio

Abbassare i costi di produzione permetterebbe, senza alcun dubbio, di attivare un percorso verso una trasformazione del sistema di produzione di energia al livello mondiale.
La soluzione proposta dai ricercatori è il silicio. Semimetallo e semiconduttore, il silicio rappresenta il secondo elemento per abbondanza
presente nella crosta terrestre, dopo l’ossigeno. Questo spiega la possibilità di iniziare a produrre in ampia scala tali dispositivi.
I dispositivi termoelettrici in silicio oltre a poter essere prodotti su larga scala e in maniera più economica con le stesse tecnologie usate per i
circuiti elettronici, consentiranno di generare potenze elettriche molto elevate su differenze di temperatura di meno di 20°C.

Sfruttare al meglio l’energia geotermica e la temperatura corporea. Un focus interessante, a questo proposito, riguarda lo sfruttamento
dell’energia geotermica, rilasciata dal calore naturale del Pianeta, ancora scarsamente utilizzata ma dall’enorme potenziale.
L’energia geotermica può essere infatti considerata una forma di energia alternativa e rinnovabile, se valutata in tempi brevi. Ad oggi costituisce meno dell’1% della produzione mondiale di energia, ma il suo potenziale è altissimo. Sfruttando appieno l’energia geotermica grazie alle nuove tecnologie, sarebbe invece possibile soddisfare il fabbisogno energetico planetario con sola energia pulita per i prossimi 4000 anni.
Non ci sono dubbi inoltre che l’aumento della produzione e la successiva diffusione di questi dispositivi in silicio potrebbe rappresentare un canale
diretto verso l’industria 4.0.

Come afferma Elisabetta Dimaggio, ricercatrice del dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, “i dispositivi al silicio potranno essere integrati con i sensori wireless della fabbrica intelligente”, fino ad ora alimentati con batterie che necessitano di essere ricaricate e poi smaltite. L’energia sarebbe fornita ai sensori semplicemente applicandoli su una superficie calda, disponibile in molti punti della fabbrica.
Ottimi risultati potrebbero essere ottenuti anche in ambito biomedicale, sfruttando la temperatura corporea per “ricaricare” dispositivi indossabili
per il monitoraggio di pressione, temperatura o altri parametri vitali.

“Si tratta di un campo di ricerca dalla portata innovativa dirompente” afferma Giovanni Pennelli, docente di elettronica al Dipartimento di
Ingegneria dell’Informazione e coordinatore del Laboratorio di Nanotecnologie.
“Il primo prototipo è già operativo e ha attirato l’attenzione di alcune industrie, interessate a produrre dispositivi per ricaricare i sensori su larga
scala. “Una tecnologia che se utilizzata – conclude Pennelli – può contribuire al miglioramento delle condizioni del nostro Pianeta”.

 

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