Applicazioni nell'industria energetica
Il futuro dell’approvvigionamento energetico
La transizione globale verso le energie rinnovabili richiede approcci innovativi nello sviluppo dei materiali e nell’ottimizzazione dei processi. Le analisi termiche aiutano a testare in modo efficiente i nuovi materiali per la generazione di energia e a valutarne l’utilizzo in sistemi reali. In questo modo, i materiali vengono sviluppati in modo specifico per preservare le risorse e ridurre le emissioni di CO₂.
Proprietà termiche dei combustibili
La misurazione della conducibilità termica , capacità termica e espansione termica di combustibili classici come il carbone, il petrolio e il gas naturale permette di ottimizzare i processi di combustione. L’analisi termica fornisce dati importanti per la progettazione delle caldaie e dei componenti delle turbine delle centrali elettriche e aiuta a massimizzare il rendimento energetico riducendo al minimo l’usura dei materiali.
Fornitura di energia attraverso la luce del sole
Oltre il 90% dei moduli solari già installati oggi sono realizzati con wafer di silicio policristallino. Il resto si basa su celle solari a film sottile, la cui quota di mercato dovrebbe aumentare fino al 20% entro il 2020 (fonte: DECHEMA e.V., Chemie als ein Innovationstreiber in der Materialforschung). Il fotovoltaico e le celle simili stanno assumendo un ruolo sempre più importante nella lotta al cambiamento climatico, nella protezione delle nostre risorse e nella transizione energetica.
La ricerca sui materiali deve quindi sviluppare celle solari che siano convenienti, efficienti e durevoli per poter sfruttare efficacemente l’energia solare.
Materiali del futuro:
- Cella solare al seleniuro di rame-indio-gallio
- Celle solari a film sottile
- Fotovoltaico organico (etero-giunzioni polimeriche, celle sensibilizzate ai coloranti, sistemi ibridi organici-inorganici)
Materiali innovativi per celle solari
Oltre al tradizionale silicio, nuovi tipi di celle come il CIGS, il tellururo di cadmio e la perovskite sono al centro degli attuali sviluppi. L’obiettivo della ricerca è migliorare l’efficienza, ridurre i costi di produzione e aumentare la durata in condizioni climatiche mutevoli. I metodi di analisi dei materiali consentono un controllo preciso della qualità di wafer, substrati e film sottili.
Sviluppo delle celle a combustibile
La stabilità termica e l’efficienza elettrochimica sono fondamentali per le celle a combustibile. Oltre alle celle a combustibile a membrana con elettrolita polimerico (PEMFC) e alle celle a combustibile a ossido solido (SOFC), si stanno studiando sistemi ibridi che consentono condizioni operative flessibili. I metodi di analisi termica come la termogravimetria o la DSC consentono di studiare il degrado, l’invecchiamento della membrana e il comportamento delle reazioni.
Materiali del futuro:
- Celle a combustibile a membrana
- Celle a combustibile a carbonato fuso
- Cella a combustibile a ossido solido
Fornitura di energia sostenibile attraverso i sali fusi
L’uso dei sali fusi sta assumendo un ruolo sempre più importante nell’approvvigionamento energetico sostenibile. Questi materiali stabili alle alte temperature offrono notevoli proprietà termiche che sono fondamentali in applicazioni come i reattori a fissione nucleare e le centrali solari.
In particolare, il sale fuso FLiNaK, una miscela di fluoruro di litio (LiF), fluoruro di sodio (NaF) e fluoruro di potassio (KF), svolge un ruolo fondamentale in queste tecnologie in quanto possiede un’eccezionale conducibilità termica.
Esempi pratici e applicazioni industriali
- Ottimizzazione dei sistemi solari termici attraverso la selezione mirata dei materiali
- Analisi e riciclaggio dei moduli fotovoltaici
- Controllo della qualità del carburante per i fornitori di energia
- Studi a lungo termine sui materiali per l’accumulo di calore nelle centrali elettriche