Lo studio congiunto delle Università di Pisa e Milano Bicocca apre nuove prospettive. Pennelli: «Si tratta di un campo di ricerca dalla portata innovativa dirompente»
I dispositivi termoelettrici servono per convertire il calore in energia elettrica in modo affidabile e durevole e, sebbene finora la loro diffusione sia stata frenata da importanti limiti, adesso un nuovo studio italiano apre nuove prospettive per quanto riguarda l’impiego della geotermia e non solo: la ricerca High power thermoelectric generator based on vertical silicon nanowires, pubblicata sulla rivista NanoLetters, dimostra infatti la possibilità di generare potenze elettriche molto elevate su differenze di temperatura di meno di 20°C.
Il paper, frutto di una collaborazione tra il Laboratorio di Nanotecnologie del dipartimento di Ingegneria dell’informazione dell’Università di Pisa e l’Università di Milano Bicocca, si concentra sulla possibilità di realizzare nuovi dispositivi termoelettrici nanostrutturati basati su silicio che permetteranno la conversione diretta del calore in elettricità a basso costo e ad alta resa.
Un cambio di prospettiva notevole per il settore dei dispositivi termoelettrici.
«Quelli in uso finora hanno costi elevatissimi – spiega Giovanni Pennelli, docente di Elettronica e coordinatore del Laboratorio di Nanotecnologie dell’Ateneo pisano – che derivano soprattutto dal materiale usato per costruirli, che è il tellurio, un minerale rarissimo e molto tossico. Nonostante le potenzialità quindi, hanno avuto fino ad ora un campo di impiego estremamente limitato. Pensiamo però a quello che cambierebbe nel sistema mondiale di produzione dell’energia con un dispositivo termoelettrico più efficiente e a costo più basso».
E qui il primo riferimento è alla geotermia, che proprio a Larderello, in provincia di Pisa, ha iniziato ad essere impiegata a fini industriali dall’uomo, ormai oltre due secoli fa.
Una corsa verso l’innovazione e la sostenibilità che potrebbe presto conoscere una nuova fase di accelerazione.
Come ricordano dall’Ateneo toscano, ad oggi a livello globale il calore rilasciato naturalmente dal nostro pianeta è ancora «una fonte fino ad ora scarsamente utilizzata (ad oggi rappresenta solo l’1% della produzione mondiale di energia), ma con un potenziale enorme: secondo uno studio del MIT, con il solo geotermico, sfruttato appieno, si potrebbe soddisfare il fabbisogno energetico planetario con sola energia pulita per i prossimi 4000 anni».
La chiave di volta per i dispositivi termoelettrici, secondo i ricercatori di Pisa e Milano, sta nell’utilizzare al posto del tellurio delle nanostrutture in silicio, un materiale abbondante sulla Terra, bio-compatibile e molto economico da processare. I dispositivi termoelettrici in silicio possono essere prodotti su grande scala e in maniera economica con le stesse tecnologie usate per i circuiti elettronici, consentendo il recupero di energia elettrica da qualsiasi fonte di calore, come le ciminiere delle fabbriche o maggior ragione l’energia geotermica.
«Una tipica applicazione che abbiamo in mente – commenta Elisabetta Dimaggio, ricercatrice del dipartimento di Ingegneria dell’informazione – è l’industria 4.0, su cui il nostro dipartimento ha attivi diversi progetti di ricerca e laboratori. I dispositivi al silicio possono essere integrati con i sensori wireless della “fabbrica intelligente”, fino ad ora alimentati con batterie che necessitano di essere ricaricate e poi smaltite, e fornire loro energia semplicemente applicando i sensori su una superficie calda, disponibile in molti punti della fabbrica. Oltre alla fabbrica e agli ambienti domestici c’è l’ambito biomedicale: dispositivi indossabili per il monitoraggio di pressione, temperatura o altri parametri vitali potranno essere “ricaricati” con il semplice calore del corpo».
Prospettive di grande rilievo, che adesso dovranno essere adeguatamente approfondite per essere poi testate a livello industriale.
«Si tratta di un campo di ricerca dalla portata innovativa dirompente – conclude Pennelli – Al momento il primo prototipo è già operativo, e ha già attirato l’interesse di alcune industrie, interessate a produrre dispositivi per ricaricare i sensori su larga scala. Una rivoluzione energetica come quella di cui ci sarà bisogno nei prossimi anni richiede la produzione e messa in commercio di dispositivi più grandi, ma sempre basati sullo stesso principio. La tecnologia esiste e funziona. È necessario ora che sia messa in grado di contribuire al miglioramento delle condizioni del nostro pianeta».
