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Lo splendente futuro dei diamanti nella produzione di energia verde

Il materiale semiconduttore definitivo potrebbero svolgere un ruolo fondamentale nel compito di incrementare l’efficienza della nostra rete energetica.

Energia

La generazione di elettricità a basso tenore di carbonio è essenziale affinché l’Europa raggiunga il proprio obiettivo di riduzione delle emissioni. Una parte fondamentale di questa sfida è costituita dal rendere la produzione di energia sostenibile il più efficiente ed economica possibile. «Un buon esempio di ciò è rappresentato dai parchi eolici offshore, dai quali l’energia deve essere trasportata alla terraferma attraverso cavi sottomarini», afferma Etienne Gheeraert, coordinatore del progetto GreenDiamond e ricercatore presso l’Università di Grenoble Alpes, in Francia. Per trasportare questa elettricità vengono impiegati due convertitori ad alta tensione, uno nel parco eolico e un altro nella terraferma. Solitamente, tali macchinari contengono dispositivi di potenza in silicio. «Questo è un punto debole», spiega Gheeraert. «Il silicio è un materiale economico, ma le sue prestazioni di conduzione dell’elettricità ad alta tensione sono scarse». Sceglierlo come soluzione in questo ambito comporta elevate perdite durante il processo di trasferimento dell’energia.

La potenza del diamante al servizio dell’industria

Il progetto GreenDiamond, finanziato dall’UE e coordinato dal Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS), ha cercato di soddisfare l’esigenza da parte dell’industria di trovare semiconduttori alternativi. La ricerca si è incentrata su un minerale che viene solitamente associato a lusso e decadenza: il diamante. «A tal riguardo, è importante sottolineare che la produzione di diamanti non è costosa!», osserva Gheeraert. «In realtà, fabbricarli a partire dal metano e l’idrogeno o la grafite è abbastanza semplice». Mediante questo processo si ottiene una qualità cristallina molto migliore rispetto a quella del diamante naturale. «Il diamante è il semiconduttore definitivo», aggiunge Gheeraert. «Nessun semiconduttore è dotato di proprietà intrinseche migliori. Ci troviamo ancora nell’era del silicio, ma ci accingiamo a entrare nell’era del carbonio con il grafene, i nanotubi e il diamante». Il prezzo dei diamanti industriali è attualmente legato al mercato delle gemme, nel quale i prezzi sono significativamente maggiorati. Gheeraert è fiducioso del fatto che i due mercati, ovvero quello industriale e quello delle gemme, si separeranno a breve, dando spazio a un mercato tecnologico emergente che offrirà diamanti sintetici a basso costo. «La prima sfida che abbiamo affrontato è stata fabbricare un nuovo convertitore contenente dispositivi di potenza a base di diamanti», afferma Gheeraert. «A tal fine è stato necessario sviluppare una tecnologia di semiconduttori per il diamante fondata sulla tecnologia convenzionale al silicio». Il team del progetto ha inoltre sviluppato un pacchetto di dispositivi inteso a gestire temperature e potenza elevate, con valori sino ai 250 °C. «Volevamo assicurarci di produrre un convertitore affidabile quanto uno tradizionale», spiega Gheeraert. «Si tratta di un punto fondamentale, poiché non dovrebbe essere necessaria alcuna manutenzione per i convertitori di potenza offshore».

Catturare il mercato

Diverse delle tecnologie chiave sviluppate nell’ambito del progetto hanno registrato progressi significativi, tra cui la progettazione dei dispositivi a base di diamanti, il pacchetto di dispositivi per la gestione di temperature e potenze elevate e il convertitore contenente i diamanti. Le valutazioni iniziali suggeriscono che i dispositivi di potenza a base di diamanti sono quattro volte più efficienti rispetto ai tradizionali convertitori al silicio, un vantaggio che ha il potenziale per ridurre le perdite di elettricità del 75 %. «In ultima analisi, l’impiego di dispositivi a base di diamanti può consentire a tutti i sistemi elettrici ad alta potenza di risparmiare energia», osserva. Le applicazioni bersaglio potrebbero comprendere linee elettriche a lunga distanza, aeromobili e convertitori industriali. La produzione di idrogeno potrebbe rappresentare un ulteriore utente finale valido, in quanto tale processo richiede una notevole quantità di energia elettrica. L’obiettivo attuale consiste nell’attirare un maggiore interesse da parte dei partner industriali. Il diamante è tuttora considerato un bene di lusso, caratterizzato da prezzi elevati. È necessaria una comunicazione efficace per promuovere le potenzialità della produzione di diamanti industriali a basso costo. Gheeraert e il suo team hanno ora la possibilità di iniziare a progredire verso la commercializzazione. I partner del progetto hanno già creato due start-up dedicate all’elettronica a base di diamanti e l’intenso e continuativo coinvolgimento nello sviluppo di questa tecnologia da parte dei partner industriali, aggiunge Gheeraert, è stato uno dei risultati chiave ottenuti da GreenDiamond. Gheeraert è fiducioso del fatto che le tecnologie elettroniche a base di diamanti domineranno il mercato futuro. «Continuare gli sforzi di ricerca in questo ambito a livello europeo è fondamentale», dichiara il coordinatore del progetto, che conclude: «In caso contrario, il mercato della conversione energetica attraverso i diamanti verrà dominato da altri attori».

Parole chiave

GreenDiamond, energia, diamante, semiconduttore, sostenibile, parchi eolici, elettronico, carbonio

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