Un futuro autonomo si basa sul riutilizzo del calore di scarto
L’interesse crescente per l’intelligenza artificiale ha acceso i riflettori su dispositivi elettronici autonomi e autoalimentati a bassa potenza. Come sottoprodotto di tutti i processi termodinamici, il calore di scarto è una preziosa fonte di energia non sfruttata. I materiali piroelettrici possono sfruttare questo calore residuo e convertirlo in energia elettrica utilizzabile. «A causa della complessità dello sviluppo di nuovi materiali di raccolta piroelettrici a bassa temperatura e delle scarse proprietà meccaniche dei singoli cristalli, le applicazioni sono attualmente limitate», spiega il professor Chris Bowen, direttore del progetto HEAPP. L’iniziativa HEAPP, finanziata dall’UE, ha cercato di affrontare tali limiti sviluppando nuovi materiali piroelettrici di alta qualità con temperature operative elevate e buone proprietà meccaniche. I ricercatori hanno sviluppato i materiali prestando molta attenzione ad alcune importanti proprietà fisiche dei materiali piroelettrici. Raccolta piroelettrica «L’obiettivo era quello di sviluppare nuovi materiali con elevato coefficiente piroelettrico, associato a bassa permettività e capacità termica, per ottenere una raccolta piroelettrica di buona qualità», afferma il prof. Bowen. I ricercatori hanno capito che dovevano usare la porosità per ridurre la permettività e la capacità termica, il che avrebbe poi funzionato per diminuire il coefficiente piroelettrico. «Comprendere tale complessa relazione tra queste proprietà ci ha permesso di sviluppare un nuovo materiale piroelettrico», osserva il professore. Requisiti importanti nella raccolta piroelettrica sono un coefficiente piroelettrico elevato, una resistenza elevata, una bassa costante dielettrica e una bassa perdita dielettrica. Il team ha utilizzato un metodo chiamato «ice templating» per produrre una struttura dei pori allineata economica e robusta. Hanno affrontato alcune sfide, inclusa la struttura dei pori allineata che ha causato una notevole variazione delle proprietà del materiale piroelettrico. I membri del progetto, compreso il dott. Yan Zhang, hanno sviluppato un materiale che produceva energia piroelettrica relativamente piccola nella scala di microwatt, un risultato inatteso poiché vi erano poche fluttuazioni di temperatura. «Ora stiamo cercando di utilizzare questo approccio in applicazioni in cui non ci sono altre fonti di energia per l’elettronica a bassa potenza», rivela il Prof. Bowen. Nuovi percorsi per la produzione di idrogeno Questo materiale apre anche opportunità a nuove modalità di produzione dell’idrogeno, poiché l’effetto piroelettrico può essere utilizzato con variazioni di tempo e temperatura per produrre idrogeno dal calore di scarto. «Poiché l’accoppiamento dei dispositivi di raccolta dell’energia con i sistemi elettrochimici sta diventando un argomento caldo, intendiamo esplorare la dissociazione dell’acqua piroelettrocatalitica per produrre idrogeno». Il prof. Bowen vede la raccolta di energia piroelettrica dall’ambiente come una tecnologia molto promettente per il futuro dei dispositivi elettronici autonomi e autoalimentati. Ciò comporta la possibilità di combinare un materiale attivo per la raccolta di energia con lo stoccaggio in batterie per applicazioni quali il trattamento delle acque reflue.
Parole chiave
HEAPP, piroelettricità, energia, calore di scarto, auto-alimentazione, struttura dei pori allineata, raccolta di energia, dispositivi elettronici
