Dal calore all'energia elettrica grazie ad un nuovo materiale

Dal calore all'energia elettrica grazie ad un nuovo materiale

I ricercatori della Northwestern University realizzano un materiale capace di convertire in energia elettrica il 14% del calore dissipato da un corpo

di Andrea Bai pubblicata il , alle 16:57 nel canale Periferiche
 

Una ricerca condotta da un gruppo di scienziati della Northwestern University ha dimostrato come l'inserimento di nanocristalli di un particolare sale (composto da stronzio, tellurio e sodio) nel tellururo di piombo (PbTe) dà luogo ad un materiale capace di generare energia elettrica da corpi che emettono calore, come possono essere i sistemi di scarico dei veicoli, i macchinari e gli equipaggiamenti per la produzione industriale o la luce solare, in maniera molto più efficiente di quanto gli scienziati abbiano già avuto modo di verificare con precedenti esperimenti.

Il particolare materiale avrebbe mostrato un'elevata cifra di merito termoelettrica e dovrebbe poter riuscire a convertire in energia elettrica il 14% circa del calore dissipato da un corpo. Mercouri Kanatzidis, professore di Chimica presso il Weinberg College of Arts and Sciences e co-autore del documento pubblicato su Nature Chemistry, ha commentato: "E' noto da un secolo che i semiconduttori hanno la proprietà di imbrigliare l'elettricità: per renderlo un processo efficiente tutto ciò di cui v'è bisogno è il giusto materiale e noi abbiamo individuato un sistema per realizzare questo materiale".

Il professor Kanatzidis con la collaborazione del proprio team di ricerca ha disperso nanocristalli di questo particolare sale composto da stronzio e tellurio drogati con sodio, nel tellururo di piombo. Gli esperimenti condotti in passato riguardanti l'inclusione di elementi nanoscopici all'interno di un materiale bulk hanno migliorato l'efficienza di conversione energetica del tellururo di piombo, ma l'inclusione dei nanocristalli ha aumentato lo scattering (deflessione) degli elettroni, con la conseguenza di ridurre la conduttività complessiva. I ricercatori della Northwestern University sono però stati in grado di impiegare nanostrutture nel tellururo di piombo per ridurre lo scattering degli elettroni ed incrementare l'efficienza di conversione energetica del materiale.

Viniayak Dravid, professore di scienze ed ingegneria dei materiali alla Northwestern McCormck School of Engineering and Applied Science e coautore del documento, ha spiegato: "Possiamo collocare questo materiale all'interno di un dispositivo economico ed abbinarlo a qualcosa come una lampadina. Il dispositivo può rendere la lampadina più efficiente, catturando il calore da essa generato e convertendone una parte, dal 10% al 15% in una forma di energia più sfruttabile, come l'energia elettrica". Tutte quelle attività industriali che prevedono l'impiego del calore per la trasformazione delle materie prime in prodotti, avrebbero la possibilità di rendere più efficienti i propri sistemi grazie ad un opportuno impiego di questa scoperta scientifica.

"La crisi energetica ed ambientale sono due ragioni di rilievo per essere entusiasmati da questa scoperta, e questo potrebbe essere solamente l'inizio. Vi potrebbero essere altre implicazioni nella comunità scientifica che ancora non abbiamo pensato. Confidiamo nel fatto che questo sistema verrà utilizzato da altri scienziati.

Resta tuttavia da capire quali siano le prospettive di commercializzazione di un materiale di questo tipo, che coinvolge elementi come il tellurio, il piombo e lo stronzio. Se per quest'ultimo non vi è particolare difficoltà di approvigionamento data la sua abbondanza in natura, il tellururo di piombo è relativamente raro e si trova in alcuni giacimenti in Kazakistan in Romania, in California e in Cile. Senza dimenticare che le normative RoHS hanno fortemente limitato l'impiego del piombo nelle apparecchiature elettroniche e in tutte quelle applicazioni dove può essere sostituibile da altri materiali.

34 Commenti
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Notturnia20 Gennaio 2011, 17:02 #1
gli faccio tanti auguri.. ma mi sa che hanno scopero l'acqua tiepida..

una centrale a ciclo combinato raggiunge il 67% di efficienza energetica.. qua si parla di 15%.. certo.. magari se rivestiamo le caldaie con questo sistema recuperiamo una parte delle perdite termiche e le convertiamo in energia elettrica.. ma che temperatura serve ?.. o meglio.. che differenziale termico serve per generare energia elettrica ?.. pare una cella di peltier al rovescio..

inoltre.. il costo vale la candela ?
dtreert20 Gennaio 2011, 17:03 #2
finalmente gli stronzi(o) servono a qualcosa =P

Se fosse possibile la produzione di massa a costo decente ci sarebbero innumerevoli utilizzi.

Restando al tema hwupgrade in tutti i dispositivi elettronici che producono calore (pc/notebook).
sbudellaman20 Gennaio 2011, 17:11 #3
Originariamente inviato da: Notturnia
gli faccio tanti auguri.. ma mi sa che hanno scopero l'acqua tiepida..

una centrale a ciclo combinato raggiunge il 67% di efficienza energetica.. qua si parla di 15%.. certo.. magari se rivestiamo le caldaie con questo sistema recuperiamo una parte delle perdite termiche e le convertiamo in energia elettrica.. ma che temperatura serve ?.. o meglio.. che differenziale termico serve per generare energia elettrica ?.. pare una cella di peltier al rovescio..

inoltre.. il costo vale la candela ?

Non penso che una centrale sia l'ambito di impiego previsto... io penso più che altro che questa tecnologia verrà utilizzata in ambiti più "ristretti", come è stato già detto ad esempio nelle automobili o in un notebook.
I limiti sono dati dai materiali (costo ed eventuale tossicità e dall'efficenza (che attualmente è limitata ma è già qualcosa). Tuttavia ciò non toglie che tali limiti possano essere superati (nuovi materiali ed efficenza migliorata)...
dtreert20 Gennaio 2011, 17:14 #4
già

come è successo e continua a succedere con il fotovoltaico
Cappej20 Gennaio 2011, 17:31 #5
esempio stupido ... lo applichi sul retro di un orologio e potresti ottenere il doppio della durata della batteria... idem per uno smatphone che scalda come un forno sommato al calore del contatto con il corpo umano (mano/viso)...
ma il problema temo sia il "re-immetterla nel ciclo" dell'apparecchio... non credo che questa nuova corrente ottenuta possa essere invita alla batteria... quindi dome la si immagazzina?
ciao
Cappej20 Gennaio 2011, 17:35 #6
ah!... dimenticavo la citazione:

"Un corpo umano genera più bioelettricità di una batteria da 120 volt ed emette oltre 6 milioni di calorie. Sfruttando contemporaneamente queste due fonti le macchine si assicurarono a tempo indefinito tutta l'energia di cui avevano bisogno. Ci sono campi, campi sterminati, dove gli esseri umani non nascono, vengono coltivati" [The Matrix]
UltimateBou20 Gennaio 2011, 18:25 #7
a quando una nano-tuta che produce elettricità dal calore emesso dal corpo :P

maximum speed lol
flapane20 Gennaio 2011, 18:34 #8
Originariamente inviato da: Cappej
esempio stupido ... lo applichi sul retro di un orologio e potresti ottenere il doppio della durata della batteria... idem per uno smatphone che scalda come un forno sommato al calore del contatto con il corpo umano (mano/viso)...


Mica lo so... il mio smartphone in sè difficilmente supera i 35°, misurati dalla sua sonda, se non con utilizzo intenso in estate (va bene, ma quante ore potranno mai essere al giorno?), ovviamente la sensazione di calore alla testa è a parte ed è data dalla radiofrequenza, quindi non può essere presa in consdierazione...
Come è scritto sopra anche io sono un pò perplesso circa i differenziali di temperatura da mettere in gioco, che credo proprio che non possano essere così esigui... lo vedo più come associabile ad un dispositivo come una caldaia che non ad un telefono/notebook, dove abbiamo delta esigui.
Pegamugh20 Gennaio 2011, 18:37 #9
Precisazione, il fotovoltaico non funziona grazie al calore, ma alla luce solare (ai fotoni con una determinata energia) sembrano la stessa cosa ma non lo soni affatto! Tant'è che una cella pv più è a temperature elevate meno sarà efficiente.
Inoltre: le celle peltier funzionano già anche al contrario! credo però che abbiano rendimenti molto bassi, certo non il 15% che promette questa tecnologia!
rigelpd20 Gennaio 2011, 18:48 #10
Io credo che questo materiale funzioni con l'effetto fotoelettrico... mi spiego:

Il silicio cattura fotoni nel visibile e vicino infrarosso e li trasforma in elettricità. Il sole non è la sola fonte di luce, qualsiasi corpo riscaldato emette radiazione luminosa la cui lunghezza d'onda media dipende dalla temperatura a cui si trova. Ad esempio il sole ha una temperatura superficiale di 5500°K e quindi emette con una banda piccata nel visibile.
Un corpo a temperatura ambiente (300°K) in genere emette nel lontano infrarosso. Trattasi di calore irradiato ma sono pur sempre fotoni e quindi energia che può essere immagazzinata se abbiamo un materiale in grado di convertirla. In pratica sospetto che questo materiale permetta di fare per la radiazione termica infrarossa la stessa cosa che le celle fotovoltaiche di silicio fanno per la radiazione visibile: convertire fotoni in energia elettrica.

Ergo: se fosse così non serva che ci siano elevati gradienti termici (elevate temperature) per funzionare in quanto il principio è di funzionamento è differente.

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