Potenziare il rendimento termoelettrico
Ogni anno, circa 15 TW di energia termica si disperdono e vanno perdute a causa delle attività inerenti all'industria, ai trasporti e alla generazione di energia. Dei generatori termoelettrici (TEG) capaci di trasformare questo calore sprecato in elettricità utile potrebbero apportare un contributo rilevante alla produzione di energia rinnovabile. Tuttavia, le prestazioni dei materiali ne hanno ostacolato finora lo sviluppo industriale. Grazie al finanziamento accordato dal progetto NEAT(si apre in una nuova finestra) (“Nanoparticle embedded in alloy thermoelectrics”), alcuni scienziati hanno migliorato le prestazioni di promettenti materiali termoelettrici. Recentemente è stato dimostrato che tali materiali con caratteristiche strutturali nanoscalari presentano prestazioni termoelettriche fino a tre volte superiori rispetto ai materiali convenzionali. Tuttavia, questi risultati sono stati ottenuti in relazione a film sottili e non è stato possibile riprodurli in materiali massivi. NEAT ha sviluppato un approccio innovativo sui nanocompositi massivi in lega, allo scopo di migliorare le prestazioni di materiali termoelettrici ecocompatibili a base di silicio, rendendole superiori al livello più avanzato attuale. Tali materiali sono stati in grado di raggiungere prestazioni termoelettriche elevatissime a temperature alte e medie, riducendo considerevolmente la conduttività termica del traliccio. In particolare, inserendo nanoparticelle ben controllate in nanocompositi silicio-germanio, NEAT si è ottenuta una comprovata riduzione del 40 % del costo di tale materiale termoelettrico massivo in lega. Tale condizione è dovuta al minor contenuto del germanio, un elemento costoso e raro. Questa lega potrebbe trovare applicazione in sistemi autonomi e sensori termici. Con una conduttività termica notevolmente inferiore della lega di magnesio-silicio-stagno, gli scienziati hanno utilizzato quantità di nanoparticelle più piccole per migliorarne le prestazioni termoelettriche. Questo materiale matrice ospite ha dimostrato l'effetto termoelettrico più forte mai riferito per materiali massivi a basse temperature (inferiori a 500 gradi Celsius). Essendo non tossico, potrebbe sostituire il tellururo di bismuto diffusamente utilizzato nel settore automobilistico. NEAT ha dimostrato la fattibilità dell'aumento di scala della sintetizzazione e della sinterizzazione di leghe matrici ospiti ecocompatibili, economiche e abbondanti su scala pre-industriale. Pertanto, ha compiuto un primo passo verso la costruzione di una solida catena logistica nell'industria embrionale dei TEG. Per i trasporti, i processi industriali e la generazione di energia nella sola Europa, NEAT stima un recupero di 200 TWh entro il 2020.