Calore di scarto per alimentare le automobili
I convertitori termoelettrici utilizzano una coppia di celle termoelettriche a semiconduttori per convertire l’energia termica in energia elettrica. Tali convertitori si affidano al cosiddetto effetto Seebeck, un fenomeno per cui viene creata tensione elettrica quando le giunzioni di due materiali diversi vengono mantenute a temperature diverse. I costi relativi all’assemblaggio di grandi quantità e all’uso di tellururo di bismuto, il quale è costoso e tossico, stanno impedendo ai dispositivi termoelettrici di uscire dai mercati di nicchia (per esempio raffreddatori per apparecchiature elettroniche) e affermarsi come tecnologia mainstream. Il progetto NANOHITEC (Nano-structured high-efficiency thermo-electric converters) ha affrontato tali sfide puntando sullo sviluppo di convertitori termoelettrici altamente efficienti, basati sulla tecnologia multistrato producibile in massa mediante l’utilizzo di materiali atossici ampiamente disponibili. Il lavoro sperimentale su nanostrutture termoelettriche è stato accompagnato da attività di modellizzazione a livello atomico. Gli strumenti di analisi hanno permesso al team di descrivere e spiegare il trasporto elettrico e termico nei materiali termoelettrici basati su leghe di silicio-germanio. I risultati hanno dimostrato che i vettori di canale possono amplificare significativamente l’efficienza del materiale in quanto a conversione del calore in energia elettrica. Utilizzando una variante del magnetron sputtering, i ricercatori hanno prodotto nanostrutture con film sottili di silicio e germanio e film di diversi carburi di boro. Gli alti tassi di deposizione hanno portato a produrre un film denso con elevata cristallinità. Oltre al magnetron sputtering, i ricercatori hanno sperimentarono altre tecniche di sintesi per la produzione di film con carburi di boro. In particolare, l’utilizzo della sinterizzazione con scintilla plasmatica ha generato l’ottenimento di nanoparticelle di carburo di boro con lieve aumento della grana. Un’ulteriore alternativa riguarda la tecnica di colatura del nastro con miscele di polveri di carburo di boro. Il progetto NANOHITEC è stato avviato per migliorare i processi di deposizione di materiale, al fine dello sviluppo di convertitori termoelettrici per un’alimentazione efficiente delle auto mediante l’utilizzo del calore di scarto. I nuovi processi di deposizione industriale di materiali termoelettrici sviluppati all’interno del progetto NANOHITEC possono costituire l’inizio di una nuova generazione di dispositivi termoelettrici efficienti in termini di costi e più eco-compatibili, basati su materiali non tossici e non rari.
Parole chiave
Calore di scarto, automobili, convertitori termoelettrici, NANOHITEC, nanostrutture, magnetron sputtering
