Rinnovabili • Recuperare calore di bassa qualità

Recuperare calore di bassa qualità con le membrane a base di lignina

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Creata una membrana termoelettrica a base lignina in grado di convertire direttamente l'energia termica di scarto in elettricità. Impatto e costi ridotti al minimo

Recuperare calore di bassa qualità
Foto di Josh Marshall su Unsplash

Elettricità dal calore di scarto grazie ai rifiuti del legno

(Rinnovabili.it) – Recuperare calore di bassa qualità (< 100 °C) perso da impianti e processi, per trasformarlo in elettricità è un obiettivo irrinunciabile per la sostenibilità del sistema energetico. A conti fatti esiste un potenziale enorme in termine di perdite termiche sfruttabili ma la raccolta energetica rimane tecnologicamente ed economicamente impegnativa. A dare una mano ci pensa un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Università di Limerick, in Irlanda. Il gruppo, in collaborazione con colleghi dell’Università di Valencia, ha dimostrato la generazione di elettricità dal calore di scarto tramite membrane termoelettriche ioniche a base di lignina.

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Le membrane termoelettriche ioniche

Il lavoro costituisce un progresso significativo nel campo, nonostante le membrane termoelettriche non rappresentino una vera e propria novità. Nel campo dei materiali termoelettrici, le membrane conduttive ioniche, che sfruttano il movimento degli ioni interni, hanno suscitato parecchia attenzione. Merito della loro capacità di fornire grandi tensioni con piccole differenze di temperatura.

Studi precedenti avevano dimostrato questa tecnologia utilizzando polimeri sintetici o cellulosa proveniente da legno. Tuttavia nel primo caso si deve fare i conti con efficienze di conversione basse e costi spropositati. Nel secondo invece, nonostante le buone performance, le membrane derivate dalla cellulosa risultano morbide e soggette a rotture se compresse.

La nuova ricerca ha creato membrane termoelettriche a base di lignina, il polimero organico che dà la resistenza alle cellule vegetali, facilmente reperibile negli scarti di legno. Tra tutte le combinazioni sperimentate dal team, la membrana comprendente il 69,2% in peso di lignina e con un “pizzico” di idrossido di potassio, ha mostrato una conduttività ionica relativamente più elevata (51,5 mS/cm) e un notevole coefficiente di Seebeck ionico (l’indice dell’effetto termoelettrico) di 5,71 mV/K.

Perchè è importante recuperare calore di bassa qualità

Recuperare il calore di bassa qualità spiega il professor Maurice N. Collins, coautore della ricerca, significa avere a disposizione una vasta gamma di fonti, come il calore industriale di scarto, le perdite dei sistemi isolanti, i gradienti termici oceanici, la fermentazione della biomassa e calore solare. “Nonostante il suo potenziale, l’utilizzo di energia termica di bassa qualità […] è risultato impegnativo a causa della mancanza di tecnologie economicamente vantaggiose .La nostra ricerca esplora l’uso di membrane termoelettriche ioniche ricavate dalla lignina, un sottoprodotto sottoutilizzato nell’industria della carta e della pasta di legno, offrendo una soluzione sostenibile”. la ricerca è stata pubblicata su Advanced Functional Materials (testo in inglese).

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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