Una nuova fonte sostenibile di energia in grado di recuperare il calore disperso dalle tubature di impianti industriali, elettrodomestici o automobili. È la base del progetto Torodyna (TORoidal DYNAmo), realizzato da un team del Center for Sustainable Future Technologies dell’Istituto Italiano di Tecnologia, coordinato da Alessandro Chiolerio, in collaborazione con il Politecnico di Torino. Il gruppo di ricerca ha recentemente brevettato un generatore elettrico che assorbe il calore dissipato dalle tubazioni e lo trasforma in energia elettrica.
La quantità di calore di scarto che ogni anno immettiamo in atmosfera è elevatissima. Si stima che il 72% del consumo globale primario di energia venga disperso in forma di calore. Tutta questa energia sprecata nasce dagli attriti degli organi meccanici, dal passaggio di correnti elettriche nei dispositivi elettronici, dalla trasformazione dell’energia primaria in energia elettrica e da tutti i processi industriali. Per essere recuperata con i metodi attualmente disponibili, implicherebbe l’utilizzo di materiali pregiati, tossici e a volte fragili, come i materiali termoelettrici.
«Torodyna è stato progettato per essere resistente, economico e facilmente adattabile a diversi contesti – spiega Erik Garofalo, dottorando di IIT e del Politecnico di Torino e coautore dello studio -. Sono state necessarie molte competenze trasversali per realizzare il prototipo dalla termofluidodinamica alla microelettronica e scienza dei materiali. Ci siamo anche avvalsi di tecniche di stampa 3D costruendo parte del dispositivo in bioplastica per sottolineare l’importanza dell’ecodesign e dell’ingegneria sostenibile».
Il dispositivo
Il dispositivo messo a punto dai ricercatori è costituto da un involucro a forma di ciambella contenente un fluido magnetico – dotato di magnetite – che viene inserito intorno alle tubazioni soggette a variazioni di temperatura. In presenza di un campo magnetico, generato dal sistema, il fluido all’interno del Torodyna si muove producendo corrente elettrica nelle bobine integrate. Questa corrente può essere poi immagazzinata in un sistema di stoccaggio energetico destinato ad alimentare computer, smartphone, sensori, sistemi di illuminazione o altri dispositivi elettronici.
Il sistema inizia a generare energia elettrica a partire da differenze di temperatura di poco più di 1°C con un’efficienza di conversione che può arrivare al 38% e può generare circa 1 W con una differenza di temperatura di 25°C, nell’arco di un paio d’ore dalla sua accensione.
Come funziona
Come funziona? «È sufficiente mettere a contatto la ciambella con la tubatura “calda” – raccontano i ricercatori -, ed esporre all’ambiente la superficie esterna per garantire lo scambio termico. Questa potenza consentirebbe di alimentare, per esempio, un piccolo sistema di intelligenza artificiale di bordo costituito da display, microchip e sensori di controllo. In contesti industriali, dove le differenze di temperatura possono raggiungere anche i 250°C, Torodyna potrebbe erogare una potenza nell’ordine di decine di chilowatt rendendo il sistema in grado di alimentare apparecchi elettronici più complessi». I primi risultati ottenuti e il sistema brevettato sono stati illustrati nell’articolo recentemente pubblicato sulla rivista scientifica internazionale Applied Energy firmato da Alessandro Chiolerio e colleghi.
«Il contenitore a ciambella è completamente opaco, è stato un problema piuttosto serio cercare di governare il moto del fluido all’interno senza poterlo osservare – raccontano -. Abbiamo tentato di utilizzare tecnologie sofisticatissime, come velocimetri ad ultrasuoni e termocamere, ma nessuno dei due è riuscito a farci visualizzare che cosa esattamente stesse accadendo, se il fluido si fosse mosso, in che direzione, con che velocità. Ecco per quale motivo diventano fondamentali le simulazioni al computer. Alla fine, dalle letture degli strumenti elettronici abbiamo avuto la conferma: si muove! E recupera energia».
Le applicazioni
Il sistema è stato pensato per essere scalabile sia verso l’alto, per rispondere a necessità industriali, che verso il basso, come fonte di energia per la tecnologia indossabile, i wearable. La tecnologia è stata convalidata per ora in laboratorio, ma il team di IIT sta già lavorando ad una versione più semplice, per la quale è stato depositato un secondo brevetto, che potrà essere installata come pannello di separazione tra l’ambiente caldo e l’ambiente freddo, per ottenere nel 2021 un prototipo pre-industriale che possa essere sperimentato in un ambiente operativo.
Giulia Cimpanelli
