Individuato un nuovo metodo per raccogliere energia da fonti di calore a bassa temperatura

Circa il 50% dell’energia mondiale viene consumata per la produzione di calore. Circa il 72% di questa viene irrimediabilmente persa dopo la conversione e l’utilizzo. Questo perché non esiste una tecnologia per la raccolta di energia da fonti a bassa temperatura che sia economicamente fattibile e redditizia da utilizzare. Non molto tempo fa, però, un team di ricercatori dell’Istituto di Ricerca sui Metalli dell’Accademia delle Scienze cinese ha sviluppato una nuova tecnologia: le batterie termiche basate sull’effetto barocalorico inverso.

Il normale effetto barocalorico consiste in un forte aumento della temperatura con un altrettanto forte aumento della pressione; l’effetto inverso consiste in una diminuzione della temperatura quando la pressione viene rilasciata. Ma alcuni materiali presentano esattamente la situazione opposta e questo è chiamato effetto barocalorico inverso. «Il ciclo termico utilizzato nelle nostre batterie consiste in tre fasi: la batteria viene sigillata a una certa pressione, caricata con calore da una fonte esterna e poi cede il calore dopo la depressurizzazione», scrivono i ricercatori.

Il mezzo di lavoro della batteria termica è il tiocianato di ammonio (NH4SCN). Una variazione di pressione in una batteria carica comporta il rilascio di energia termica pari a 43 J*g^-1, che porta a un aumento della temperatura di 15 gradi. Allo stesso tempo, la quantità di energia emessa è 11 volte superiore alla quantità di energia meccanica spesa per eseguire il ciclo termico, per comprimere il mezzo di lavoro.

Per comprendere le basi fisiche dell’effetto barocalorico inverso, il tiocianato di ammonio è stato studiato a fondo utilizzando tecniche di scattering a raggi X e neutroni di sincrotrone. Il materiale subisce una transizione di fase dalla struttura reticolare monoclinica a quella prismatica a una temperatura di 363 K. Questa transizione è accompagnata da un’espansione termica negativa di -5% e da una variazione dell’entropia energetica di 128 J*kg^-1*K^-1. Inoltre, questa transizione di fase si verifica facilmente. Inoltre, questa transizione di fase si verifica facilmente quando la pressione viene aumentata fino a 40 MPa.

I ricercatori prevedono che le batterie di calore da loro sviluppate possano diventare il modo per raccogliere il calore da fonti a bassa temperatura per riutilizzarlo. Inoltre, gli stessi principi potrebbero essere utilizzati per creare nuovi tipi di sistemi di raffreddamento altamente efficienti.

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