Un motore ad alta efficienza trasforma l’acqua calda di scarto in elettricità
Fabbriche, centrali elettriche, centri elaborazione dati e navi da carico rilasciano calore di scarto che potrebbe essere un’utile fonte di energia. Riuscire a trovare un modo efficiente e conveniente per catturare e utilizzare questo calore di scarto può portare sia a notevoli riduzioni nel consumo di combustibile che a emissioni ridotte di CO2. Vi sono dei metodi per raccogliere il calore di scarto sia ad alta che a bassa temperatura (al di sotto dei 100 ºC), ma l’efficienza cala bruscamente e i costi aumentano all’abbassarsi della temperatura. Adesso, il progetto THE EXERGYN DRIVE, finanziato dall’UE, ha sviluppato una tecnologia che è in grado di utilizzare in maniera efficiente il calore di scarto al di sotto dei 100 °C. L’innovativo motore efficiente dal punto di vista energetico appena sviluppato viene alimentato solo con acqua calda. Materiali intelligenti per recuperare energia Quello che consente l’intero procedimento per creare energia elettrica o meccanica dal calore a bassa temperatura è l’utilizzo di una lega a memoria di forma chiamata nitinol. Questo materiale subisce una transizione di fase quando viene riscaldato a temperature solitamente inferiori a 100 °C e ritorna alla propria forma originale quando si raffredda. “Nel cuore del motore, dei cavi di nitinol attaccati a un pistone vengono immersi in acqua calda e fredda, questo fa espandere e contrarre i cavi e crea un movimento del pistone. Il riscaldamento e raffreddamento ciclico di elementi multipli di nitinol nel nucleo del motore crea una spinta che aziona un sistema idraulico che fa girare un generatore per produrre elettricità,” spiega il dott. Kevin O’Toole, direttore della ricerca e sviluppo alla Exergyn Ltd. Il motore produce 10 kW di elettricità a partire da circa 200 kW di energia termica nell’acqua calda di scarto. Moltissimi sforzi sono stati dedicati al perfezionamento della progettazione e alla modifica del materiale in modo che continuasse a funzionare per milioni di cicli. I ricercatori alla Exergyn hanno finora testato un singolo cavo di nitinol che ha raggiunto i 10 milioni di cicli senza nessun peggioramento delle prestazioni, fornendo quindi essenzialmente l’applicabilità a lungo termine del motore. Una tecnologia rivoluzionaria Gli attuali sistemi per il recupero del calore solitamente utilizzano la tecnologia del ciclo Rankine organico (ORC) per generare energia usando il calore di scarto proveniente dagli stabilimenti produttivi. Anche se la tecnologia funziona bene per temperature attorno ai 200-300 °C, la sua capacità di generare elettricità dal calore a bassa temperatura sotto forma di acqua calda a temperature vicine ai 100 °C è piuttosto scarsa. “A seconda delle condizioni, il nostro sistema può avere delle prestazioni da 3 fino a 6 volte superiori rispetto all’ORC a temperature inferiori a 100 °C, e questo lo rende commercialmente sostenibile. Inoltre, questa tecnologia non fa affidamento sull’utilizzo di scambiatori di calore, e questo significa che il motore può essere più compatto e che non è necessario usare dei gas tossici,” afferma il dott. O’Toole. Fare la differenza La quantità di calore di scarto prodotta ogni anno in tutto il mondo è equivalente al consumo di elettricità di 12 anni nell’UE. Attualmente non esiste nessuna altra tecnologia valida che sia in grado di utilizzare efficacemente il calore di scarto a bassa temperatura. Se impiegato completamente, il motore all’avanguardia di THE EXERGYN DRIVE catturerà e utilizzerà l’acqua calda di scarto per ridurre i costi e per diminuire le emissioni globali di diossido di carbonio del 2 %. Il progetto THE EXERGYN DRIVE stima che una soluzione commerciale potrebbe far raggiungere al mercato globale per questi motori un valore di 440 miliardi di euro nel volgere di pochi anni. Oltre a sfruttare il calore di scarto proveniente dall’industria del biogas, i partner del progetto sperano che il motore possa presto ampliare il mercato dell’energia geotermica in aggiunta a quello marino.
Parole chiave
THE EXERGYN DRIVE, acqua calda di scarto, elettricità, calore di scarto a bassa temperatura, lega a memoria di forma
