Il flusso dei gasdotti e degli oleodotti alimenta sensori in condizioni estreme
Il progetto HarshEnergy, finanziato dall’UE, ha affrontato questa sfida utilizzando i nanomateriali. La squadra ha sviluppato innovativi sistemi di raccolta di energia per alimentare reti di sensori nell’industria petrolifera e del gas, in ambienti contraddistinti da temperature che superano i 250 ºC e pressioni nell’ordine dei 700 bar. Nell’industria petrolifera e del gas si opera in condizioni spesso così estreme che i comuni metodi di generazione di energia, come le celle fotovoltaiche, non possono essere utilizzati; ciononostante, permane la necessità di monitorare attività di primaria importanza mediante reti di sensori. «La soluzione risiede nello sviluppo e nell’ottimizzazione di nanomateriali in grado di effettuare la raccolta di energia in condizioni difficili, con temperature e pressioni elevate», afferma il dott. Joao Ventura, coordinatore del progetto. La raccolta energetica è impegnativa a causa della relativa limitata capacità di generazione di energia. L’idea è quella di raccogliere energia da un processo in cui ne viene sprecata qualche forma, come ad esempio l’energia cinetica dei fluidi che scorrono all’interno di una tubazione. Tuttavia, le tecnologie esistenti sono solitamente in grado di generare solo una piccola quantità di energia elettrica; la sfida, pertanto, consiste nello scoprire come capitalizzare al meglio una quantità così ridotta di energia. Combinazione di tecnologie Il progetto HarshEnergy si è avvalso dell’ibridazione di tre diverse tecnologie di raccolta di energia, ossia la piezoelettricità, la triboelettricità e l’induzione elettromagnetica, allo scopo di creare prototipi composti da generatori ibridi in scala micro e nano. «Questi dispositivi hanno integrato tecnologie complementari di raccolta di energia in condizioni di temperatura e pressione estreme, sfruttando il flusso dei fluidi che scorrono all’interno di una tubazione o mediante le vibrazioni esistenti, al fine di generare elettricità», spiega il dott. Ventura. Le imprese stanno già beneficiando dell’automazione e della monitorizzazione delle loro attività fondamentali grazie all’impiego di reti di sensori per raccogliere grandi quantità di dati, potendo così migliorare il proprio processo decisionale o persino prevedere le successive manutenzioni da effettuare sui macchinari pesanti. Secondo Ventura: «Le imprese che vogliono essere ancora più competitive dovranno migliorare le loro procedure di monitoraggio utilizzando sempre più sensori, il che richiederà una quantità di energia sempre maggiore. E sono proprio queste, le imprese che trarranno vantaggio da HarshEnergy». Inoltre, ogni sensore solitamente utilizza come fonte di energia una batteria di dimensioni ridotte, che deve essere regolarmente sostituita. «La necessità dell’industria di utilizzare centinaia di migliaia di sensori per monitorare le proprie attività potrebbe essere soddisfatta dall’implementazione di un nanogeneratore per la raccolta di energia, rendendo il funzionamento più economico, più sicuro e più pulito, dal momento che le batterie possono esplodere e producono grandi quantità di rifiuti. Diminuendo i costi associati a questo funzionamento, l’industria ha la possibilità di installare un maggior numero di sensori per monitorare le proprie attività e di diventare ancora più competitiva grazie a migliori decisioni basate sui dati», osserva Ventura. Vantaggi per l’ambiente Nel corso del loro ciclo di vita, i nanogeneratori triboelettrici dimostrano migliori prestazioni ambientali, minori costi di produzione e una quantità ridotta di emissioni di biossido di carbonio. Tuttavia, le prestazioni ambientali di alcuni prototipi potrebbero essere leggermente inferiori a causa di un contenuto di acrilico più elevato nella loro architettura e un maggior consumo di energia elettrica richiesto per la fabbricazione. L’acrilico, comunque, ha il potenziale di essere sostenibile dal punto di vista ambientale grazie alla sua riciclabilità e alla possibilità di essere riutilizzato. Inoltre, questo materiale non produce gas tossici nocivi per gli esseri umani e per l’ambiente nel corso dei processi di combustione, essendo stabile all’esposizione alla radiazione ultravioletta. «I nanogeneratori triboelettrici sono caratterizzati da migliori prestazioni ambientali rispetto alle celle solari organiche e a base di silicio attualmente commercializzate. Ciononostante, alcuni prototipi hanno un tempo di ritorno energetico leggermente più elevato rispetto alle tecnologie fotovoltaiche basate sullo ioduro di piombo metilammonico con struttura a perovskite come strato attivo di raccolta leggero», conclude Ventura.
Parole chiave
HarshEnergy, sensore, raccolta di energia, temperatura, pressione, nanomateriale, triboelettrico, gas, petrolio, ibridazione, piezoelettricità, induzione elettromagnetica
