I ricercatori dell'Università di Pisa hanno sviluppato una tecnologia innovativa che sfrutta nanostrutture in silicio per convertire il calore in energia elettrica. Questo dispositivo, integrabile su chip, può alimentare dispositivi a bassa potenza senza l'uso di batterie, riducendo costi e inquinamento. Inoltre, la ricerca ha dimostrato che le tecniche di nanostrutturazione possono triplicare l'efficienza del silicio nella produzione di energia, aprendo nuove possibilità per applicazioni industriali e ambientali.
Tecnologia Avanzata per Generazione di Energia Sostenibile
L'Università di Pisa ha realizzato un chip in silicio capace di trasformare il calore in energia elettrica, risolvendo uno dei problemi principali della tecnologia attuale. Mentre i chip tradizionali consumano energia per funzionare, questo nuovo dispositivo produce energia sfruttando superfici calde come il corpo umano o apparecchiature che si riscaldano durante l'uso. Questa scoperta permette di alimentare dispositivi a bassa potenza senza ricorrere a batterie, che sono costose e difficili da gestire alla fine del loro ciclo di vita.
Giovanni Pennelli, docente al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, spiega che questo chip può essere utilizzato ovunque sia necessario fornire energia a dispositivi elettronici con requisiti di potenza contenuti. Elisabetta Dimaggio, ricercatrice del dipartimento, evidenzia l'importanza di questa tecnologia per abbattere costi e inquinamento nei contesti industriali. Il dispositivo termoelettrico non solo genera energia, ma può anche essere impiegato per raffreddare superfici surriscaldarsi, come in grandi data center. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista "Small" e condotta in collaborazione con IMB-CNM, CSIC di Barcellona.
Innovazioni nel Campo delle Nanostrutture per Migliorare l'Efficacia Energetica
La ricerca continua del gruppo di ingegneri elettronici ha portato a ulteriori progressi nell'uso del silicio per la produzione di energia verde. Collaborando con università internazionali, gli studiosi hanno dimostrato che le tecniche di nanostrutturazione possono aumentare significativamente l'efficienza del silicio. Antonella Masci, dottoranda, ha mostrato che tali metodi non solo riducono la conducibilità termica migliorando l'efficienza di conversione, ma permettono anche di ottenere maggiore energia dal calore residuo.
Sergio Saponara, direttore del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, sottolinea l'importanza di queste ricerche per supportare la transizione digitale secondo i principi dell'industria 5.0. Il laboratorio FoReLab del dipartimento sta lavorando su nuove generazioni di dispositivi ICT adattivi ed ecologici, che sfruttano architetture innovative e materiali nanostrutturati per ottimizzare le prestazioni in base alle condizioni di utilizzo e alle esigenze industriali emergenti. Questi avanzamenti promettono di rivoluzionare il modo in cui produciamo e consumiamo energia in vari settori.
Un Salto Qualitativo per il Futuro dell'Energia Nucleare
L'Innovazione del Progetto PATRICIA
Il progetto PATRICIA rappresenta un punto di svolta nel settore nucleare europeo. Coinvolge partner di alto profilo come il CERN di Ginevra e tre enti italiani: ENEA, Politecnico di Milano e Università di Pisa. L'obiettivo è chiaro: migliorare la gestione del ciclo del combustibile e offrire soluzioni concrete ai problemi legati ai rifiuti radioattivi e alla proliferazione nucleare. Il nuovo scambiatore di calore sviluppato in questo contesto si distingue per la sua compattezza e l'elevata efficienza termica, risolvendo criticità che hanno ostacolato lo sviluppo di tecnologie precedenti.Daniele Martelli, ricercatore presso il Laboratorio Impianti e Tecnologie dei Metalli Liquidi del Centro Ricerche Brasimone (Bologna), ha evidenziato come questo scambiatore non solo ottimizzi il trasferimento di calore ma anche incrementi la distanza tra i baricentri termici durante la circolazione naturale. I dati raccolti saranno fondamentali per validare i codici numerici utilizzati nella progettazione di futuri reattori avanzati, garantendo una base scientifica solida per le future innovazioni.La Struttura Sperimentale CIRCE
Fin dal primo decennio del 2000, ENEA ha lavorato instancabilmente per sviluppare tecnologie per reattori nucleari raffreddati a metalli liquidi pesanti (HLM). In questa fase, è stata messa in funzione la struttura sperimentale CIRCE, attualmente la più grande in Europa. Questa installazione riveste un ruolo cruciale nelle prove di fattibilità e nella simulazione di condizioni operative reali.CIRCE presenta un vessel principale con un diametro interno di circa 1,2 metri e un'altezza di 8,5 metri, capace di contenere fino a 90 tonnellate di lega eutettica di piombo. La potenza disponibile di 1 MW consente di replicare flussi termici simili a quelli di un reattore nucleare operativo, fornendo dati preziosi per la valutazione delle prestazioni dei componenti. Le ampie dimensioni dell'impianto permettono di testare componenti grandi, inclusi quelli in scala 1:1, rendendo CIRCE uno strumento indispensabile per numerosi progetti europei.Versatilità e Applicazioni Multiple
La versatilità di CIRCE è un aspetto chiave della sua importanza. L'impianto può simulare vari scenari termoidraulici e qualificare componenti per impianti nucleari a piscina, contribuendo significativamente a progetti come EUROTRANS, THINS, SEARCH, MAXIMA, MYRTHE, SESAME e, naturalmente, PATRICIA. Questa flessibilità consente di affrontare una gamma diversificata di esigenze sperimentali, accelerando lo sviluppo di tecnologie nucleari più sicure e efficienti.L'apporto di CIRCE al progresso tecnologico è indubbio. Grazie alle sue capacità uniche, questo impianto sperimentale continua a essere una risorsa strategica per la comunità scientifica europea, promuovendo collaborazioni internazionali e facilitando la realizzazione di obiettivi comuni nel campo dell'energia nucleare avanzata.Nel cuore del programma di ricerca sulla fusione nucleare, un team internazionale guidato dall'Italia sta lavorando per sviluppare uno strumento diagnostico avanzato. Questo dispositivo, chiamato Radial Neutron Camera (RNC), mira a produrre immagini tridimensionali del flusso di neutroni emessi durante le reazioni di fusione. L'obiettivo finale è quello di supportare il progetto ITER, situato in Francia, che cerca di dimostrare la fattibilità di una produzione d'energia da fusione sicura e sostenibile. L'attenzione si concentra su come queste misurazioni possano fornire informazioni cruciali sulla temperatura del plasma e la densità di potenza generata.
L'Importanza delle Misurazioni Neutroniche
Lo studio dettagliato dei neutroni emessi dal plasma riveste un ruolo centrale nella comprensione delle dinamiche interne del processo di fusione. Il RNC sarà in grado di raccogliere dati in tempo reale sulla distribuzione spaziale e l'energia dei neutroni, permettendo ai ricercatori di valutare con precisione le prestazioni del reattore. Queste informazioni sono essenziali per ottimizzare il controllo del plasma e garantire l'efficienza del sistema di fusione.
La tecnologia utilizzata dalla Radial Neutron Camera rappresenta un notevole progresso scientifico. Attraverso un insieme sofisticato di sensori posizionati sia all'interno che all'esterno della struttura del tokamak, lo strumento può intercettare i neutroni emessi dal plasma. Questi dati vengono poi analizzati per determinare la densità di potenza generata e la temperatura del plasma, due parametri fondamentali per la gestione efficace del reattore. La capacità di ottenere queste misurazioni in tempo reale offre una visione senza precedenti delle dinamiche interne del processo di fusione, consentendo miglioramenti significativi nelle tecniche di controllo e monitoraggio.
Sfide Tecnologiche e Progressi Attuali
Lo sviluppo della Radial Neutron Camera richiede competenze multidisciplinari e risolve numerose sfide tecniche. Gli esperti stanno affrontando problemi legati alla fisica del plasma, alla progettazione di schermi protettivi, alle analisi meccaniche e strutturali, nonché allo sviluppo di software innovativo per l'analisi dei dati. Questa complessa attività di progettazione è stata suddivisa in fasi chiave, con parti dello strumento già superate le verifiche progettuali e ora in fase di costruzione.
Il Consorzio europeo, guidato dall'ENEA attraverso il suo Laboratorio Diagnostiche di Frascati, ha raggiunto importanti milestone nello sviluppo della Radial Neutron Camera. La sezione interna dello strumento, destinata ad essere installata all'interno della camera da vuoto del tokamak, ha superato con successo la verifica progettuale finale ed è ora in fase di realizzazione. Parallelamente, gli ingegneri stanno lavorando alla progettazione della parte esterna della RNC, che sarà responsabile della raccolta di dati dalla zona centrale del plasma. Inoltre, sono in corso test sperimentali su prototipi di sensori e altre componenti, assicurando che ogni elemento dello strumento funzioni in modo ottimale prima dell'installazione definitiva. Questo approccio metodico e rigoroso garantisce che la Radial Neutron Camera sarà pronta per contribuire significativamente al successo del progetto ITER.