ove potevano essere disponibili le
competenze per cogliere quanto di
nuovo le nanotecnologie andavano
rendendo disponibile nel settore.
Tradizionalmente, infatti, la conver-
sione di cascami termici rilasciati
a temperature inferiori ai 200 °C in
lavoro meccanico risultava possibile
solo impiegando motori a ciclo di
Stirling che, pur nella loro migliorata
affidabilità, risultano utilizzabili solo
su installazione fisse - ripagando gli
investimenti di impianto solo in pre-
senza di flussi termici significativi.
Le nanotecnologie offrirono però
un’alternativa (o un complemento)
a questa tecnologia. La possibilità
di convertire direttamente il calore
in energia elettrica senza stadi mec-
canici intermedi è una possibilità
ben più antica e risale alla scoper-
ta, congiuntamente italiana (Volta,
1794) e tedesca (Seebeck, 1821),
del cosiddetto effetto termoelettrico.
In estrema sintesi, l’effetto termo-
elettrico consiste nella possibilità
che una differenza di temperatura
applicata alle giunzioni di materia-
li diversi possa dar luogo a una
differenza di potenziale e quindi, a
circuito chiuso, a una corrente e a
dimenti elevati occorre disporre di
materiali che siano cattivi conduttori
termici e che al contempo abbiano
basse resistività elettriche, pur con-
servando un potere termoelettrico
(voltaggio generato per effetto della
differenza di temperatura) elevato.
Le tre condizioni sono normalmen-
te in conflitto tra di loro. Tuttavia
in un nanomateriale, diversamente
che in un materiale tradizionale, è
possibile alterare la struttura della
fase introducendo nanostrutture di
taglia opportuna capaci ad esempio
di ostacolare la conduzione di calore
senza interferire nella diffusione di
elettroni. Questo ha consentito nel
breve lasso di un decennio di tripli-
care i rendimenti di conversione,
che oggi sono superiori al 10% e
restano in rapida crescita.
L’industria mondiale e italiana
A partire dai primi anni 90 si è as-
sistito di conseguenza a livello in-
ternazionale alla nascita di soggetti
industriali focalizzati sulla messa a
punto di convertitori termoelettrici
specializzati per settore applicativo
e per temperature delle sorgenti
termiche. Tra i più importanti, oltre
una corrispondente generazione di
energia elettrica. Per più di un secolo
l’effetto termoelettrico è stato usato
unicamente con scopi termometrici
(termocoppie) dato che l’efficienza di
conversione calore-energia elettrica
risultava del tutto marginale (pochi
percento).
La svolta
Il quadro tecnologico, dopo quasi un
secolo di migliorie poco rilevanti, su-
bì una variazione drammatica intor-
no al 1990 con l’ingresso sulla scena
dell’armamentario nanotecnologico
che in meno di venticinque anni ha
reso i generatori termoelettrici uno
strumento quantomeno interessante
per il recupero dei cascami termici a
temperature inferiori ai 200 °C (che
costituisce più dell’70% del totale dei
rilasci di calore da motori e impianti).
L’idea di fondo è abbastanza sempli-
ce. Il rendimento di conversione di
un generatore termoelettrico è ridot-
to dal calore che viene trasmesso co-
me tale dal materiale per conduzione
termica; e dal calore disperso per
effetto Joule dalla circolazione della
stessa corrente termoelettrica nel
materiale. Per garantire quindi ren-
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progettare 377
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GENNAIO
/
FEBBRAIO
2014
RICERCA
Evoluzione dei rendimenti di conversione termoelettrica nel corso degli ultimi ottanta anni.
introduzione di materiali nanostrutturati
Gerarchico
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