Compressori del condizionatore d’aria all’esterno dell’edificio. Questi dispositivi potrebbero essere parzialmente alimentati dall’energia termica di scarto catturata da diverse fonti. Credito immagine: Kien Nguyen tramite Unsplash, licenza gratuita
I ricercatori dell’Università di Tokyo hanno generato elettricità dal calore latente, l’energia creata quando una sostanza passa da uno stato solido, liquido o gassoso a un altro stato.
Questo risultato spingerà in avanti le possibilità delle termocelle, dispositivi che utilizzano i cambiamenti di temperatura per creare elettricità, noti come conversione termoelettrica.
Poiché tutti i materiali sono in grado di subire transizioni di fase nelle giuste circostanze, questa ricerca supporta l’idea che un’ampia varietà di materiali abbia il potenziale per essere utilizzata per la conversione termoelettrica.
Il calore latente che una volta veniva sprecato potrebbe invece essere utilizzato per consentire ai dispositivi di creare la propria energia mentre si raffreddano, riducendo la dipendenza da altre fonti energetiche.
Mantenere la calma. Due terzi dei condizionatori d’aria del mondo sono utilizzati in Cina, Stati Uniti e Giappone. In Asia, la maggior parte di questi sono condizionatori d’aria residenziali piuttosto che commerciali, quindi trovare un modo più economico per alimentarli potrebbe aiutare il pubblico in generale a risparmiare denaro. Credito immagine: Alexandre Lecocq tramite Unsplash, licenza gratuita
Abbiamo colpito il giorno più caldo registrato sulla Terra quest’estate, quindi se sei abbastanza fortunato da avere un condizionatore d’aria, allora probabilmente l’hai fatto ronzare a un certo punto (se non tutto il giorno).
L’aumento delle temperature estive e il crescente utilizzo della tecnologia fanno sì che la domanda di sistemi di raffreddamento sia per le abitazioni che per l’industria sia in aumento.
Le tecnologie di climatizzazione e refrigerazione sono già grandi utilizzatori di energia, quindi soddisfare questa crescente domanda è una sfida per i paesi che cercano di raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite volti a migliorare l’ambiente e la vita delle persone.
Ma se potessimo utilizzare almeno una parte dei rifiuti generati da questi sistemi di raffreddamento per contribuire a generare l’elettricità necessaria per alimentarli, in modo a basso costo ea basse emissioni di carbonio?
I ricercatori dell’Università di Tokyo si sono interessati al potenziale dell’energia termica latente creata quando una fase della sostanza passa da uno stato all’altro, ad esempio quando l’acqua all’interno di un condizionatore d’aria evapora e si condensa per creare l’effetto di raffreddamento.
A differenza dell’aria calda che senti fuoriuscire da un climatizzatore, il calore latente creato dall’acqua all’interno è quasi impercettibile. La conversione termoelettrica utilizza il calore per generare elettricità e un dispositivo in grado di farlo è la termocella.
Configurazione sperimentale della termocella. La refrigerazione elettrochimica attualmente non è generalmente utilizzata o commercializzata a causa delle sue basse prestazioni rispetto ad altre opzioni, come la refrigerazione elettrica. Tuttavia, questa ricerca potrebbe cambiarlo. Credito immagine: Yamada
Il team ha creato la propria termocella utilizzando un idrogel, un materiale polimerico ricco di acqua, chiamato PNIPAM, che hanno modificato con un composto chiamato viologen. Questo idrogel modificato conteneva un polimero termoreattivo, il che significa che il polimero reagiva al cambiamento di temperatura, in questo caso essendo solubile in acqua fredda ma insolubile in acqua calda.
Con questa termocella, sono stati in grado di utilizzare con successo la piccolissima quantità di energia termica latente generata dalla transizione di fase – tra solubile e insolubile – per creare elettricità.
“Per la prima volta, abbiamo confermato che il calore latente ha il potenziale per essere utilizzato per la conversione termoelettrica”, ha affermato il professor Teppei Yamada del Dipartimento di Chimica presso la Graduate School of Science dell’Università di Tokyo.
“Riteniamo di poter utilizzare vari tipi di materiali per le termocelle. Ogni sostanza al mondo può passare di fase nelle giuste condizioni: ad esempio, la crema in gelato, la sabbia in vetro, l’acqua in vapore, ecc. Con questo metodo, in linea di principio, è possibile estrarre energia elettrica anche dalla minima differenza di temperatura, aumentando notevolmente il numero di situazioni in cui è possibile utilizzare la conversione termoelettrica.
Le prestazioni di una termocella sono valutate dalla quantità di tensione che può essere generata da una piccola differenza di temperatura, chiamata coefficiente di Seebeck. Più alto è il coefficiente di Seebeck, più energia elettrica può essere estratta.
Il coefficiente di Seebeck delle termocelle che utilizzano composti organici è solitamente inferiore a 1 microvolt (un milionesimo di volt) per unità di temperatura kelvin, ma in questo test hanno superato i 2 microvolt per kelvin.
“Questo è un risultato notevole”, ha detto Yamada. “Anche se in precedenza abbiamo creato termocelle che producono 2 microvolt per kelvin utilizzando un cambiamento di pH, questa è la prima volta che l’energia di una transizione di fase è stata utilizzata direttamente”.
Diagramma delle transizioni di fase nella termocella. Questo diagramma illustra le transizioni di fase del polimero dell’idrogel PNIPAM modificato, mostrando come il polimero si allunga in una spirale e si dissolve a basse temperature, e si arriccia in un globulo e diventa solido a temperature elevate. Quando viene utilizzata come batteria termocella, temperature superiori a 25 gradi Celsius generano una tensione. Credito immagine: Zhou et al., Università di Tokyo
I ricercatori sperano che questo lavoro contribuirà a migliorare la tecnologia di refrigerazione, i dispositivi di gestione della temperatura e altre tecnologie come i sensori di temperatura.
“Abbiamo già raggiunto la fase in cui possiamo considerare le applicazioni pratiche delle termocelle. Ad esempio, prevediamo che sia possibile generare elettricità durante il raffreddamento di una sala server o del motore di un’auto”, ha affermato Yamada.
“La vera sfida ora è che questa tecnologia non è molto conosciuta, quindi abbiamo bisogno che l’industria, il governo e il mondo accademico lavorino insieme per ottenere una rapida implementazione sociale”.
Fonte: Università di Tokio
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
