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Magneti a base di ferrite per alimentare la futura economia verde

Un magnete composito basato su ferriti e nanofili metallici potrebbe contribuire a fornire energia più sostenibile a una gamma di beni di uso quotidiano e infrastrutture critiche, con conseguenti vantaggi ambientali e in termini di costi.

Tecnologie industriali

Il progetto AMPHIBIAN, finanziato dall’UE, ha sviluppato con successo un volano brevettato, un dispositivo meccanico concepito per immagazzinare in modo efficiente energia, nonché un materiale magnetico permanente prodotto senza minerali delle terre rare. «Speriamo che, grazie ai nostri risultati, i compositi basati su ferrite e nanofili metallici siano proposti come un potente candidato per sostituire i materiali delle terre rare», afferma il coordinatore del progetto Adrián Quesada, del Consiglio superiore per la ricerca scientifica spagnolo. «Più in generale, dati i numerosi vantaggi ecologici derivanti dall’utilizzo delle ferriti, speriamo che in futuro sia data maggiore attenzione alla nostra strategia generale per il miglioramento dei magneti in ferrite». Dal completamento del progetto a dicembre 2019, il consorzio AMPHIBIAN ha collaborato con una società con sede nel Regno Unito allo scopo di sviluppare il primo generatore a turbine eoliche a base di ferrite e privo di terre rare. «Il potenziale qui è enorme perché le turbine eoliche di solito richiedono tonnellate di terre rare per funzionare», spiega Quesada. «Stiamo anche cercando di sostituire i componenti di automobili in terre rare con i nostri compositi basati su nanofili».

Un materiale quotidiano indispensabile

Un magnete permanente è un materiale in grado di creare spontaneamente un campo magnetico in autonomia, senza la necessità che una corrente lo attraversi. Questa proprietà unica li rende molto utili per applicazioni quotidiane quali altoparlanti e microfoni, nonché dischi rigidi e sensori. «L’energia meccanica può essere trasformata in energia elettrica e viceversa», aggiunge Quesada. «Questo è il motivo per cui i magneti permanenti vengono utilizzati in generatori e motori. Durante la transizione verso un futuro più verde, la domanda di magneti per generare energia nelle turbine eoliche e nei motori delle automobili elettriche aumenterà notevolmente». La domanda di magneti permanenti ha tuttavia sollevato delle difficoltà. I migliori magneti contengono minerali delle terre rare e l’approvvigionamento di questi elementi comporta costi e problemi relativi alla catena di fornitura e all’ambiente. «Questi minerali rientrano nella categoria di quelle che chiamiamo materie prime essenziali», afferma Quesada. «È evidente la necessità di trovare alternative che possano sostituire le terre rare, specialmente in alcune applicazioni che richiedono solo prestazioni moderate. Questo ci aiuterebbe a ridurre la nostra dipendenza da materiali critici».

Energia sostenibile per il futuro

L’obiettivo principale del progetto AMPHIBIAN era migliorare le proprietà dei magneti basati su ferriti e quindi dimostrare la loro efficacia nei dispositivi di stoccaggio dell’energia chiamati volani. «Abbiamo scelto le ferriti come materiale principale in quanto sono prontamente disponibili, molto più ecologiche ed economiche», aggiunge Quesada. Il team, composto da scienziati dei materiali, fisici, teorici, chimici e ingegneri, ha iniziato individuando le dimensioni, le forme e le disposizioni ottimali delle particelle per migliorare le proprietà complessive dei nuovi magneti. I test iniziali hanno indicato che le dimensioni delle particelle dovevano essere molto più piccole del previsto, obbligando il team a utilizzare particelle su nanoscala. «Queste erano molto più difficili da produrre in grandi quantità», afferma Quesada. «Tuttavia, abbiamo superato questo problema concentrando nuovamente i nostri sforzi e le nostre risorse nella produzione di nanostrutture e lavorando con prototipi più piccoli». Il risultato finale è un nuovo volano che opera a un campo magnetico notevolmente ridotto, nonché un magnete composito basato su ferriti e nanofili metallici. «Tali soluzioni soddisfano gli obiettivi che avevamo in termini di miglioramento delle prestazioni», afferma Quesada. «Il nuovo volano dovrebbe essere commercializzato entro il 2022 ed entrambi i risultati sono stati brevettati». Inoltre, sono state sviluppate piastrelle magnetiche per bagni e cucine, fabbricate con polveri di ferrite riciclata, insieme a un pacchetto software per simulare le proprietà e la rotazione delle particelle di compositi magnetici. È inoltre in corso la commercializzazione di entrambi i prodotti.

Parole chiave

AMPHIBIAN, minerali, metallico, sostenibile, turbina eolica, energia, volano, magnetico, nanofilo, ferrite, automobile

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