I Risultati del progetto “Materiali di Frontiera per usi energetici”

Il progetto “Materiali di Frontiera per usi energetici”, della durata di tre anni ed iniziato il 1° gennaio 2019, al quale hanno partecipato anche INSTM, UNIBO, UNINA, UNIROMA1, UNISA e  UNISalento, si avvia alla fase conclusiva; nell’articolo sono illustrati alcuni dei più significativi risultati ottenuti.

Le principali attività hanno previsto da una parte lo studio di materiali di tipo termo- e piroelettrico e la realizzazione di microgeneratori (WP1-WP2) e dall’altra lo studio di materiali per l’Additive Manufacturing e la realizzazione di dimostratori mediante stampa 3D per applicazioni nel settore energetico (WP3-WP4).

I materiali termo- e piroelettrici consentono di produrre energia elettrica a partire da energia termica, proveniente ad esempio da cascami di calore (energy harvesting), ovvero flussi di calore di scarto a temperature non interessanti per i convenzionali processi di recupero del calore. Questi possono provenire da processi industriali o essere generati in ambito domestico. Le attività sperimentali sono state focalizzate sulla preparazione di materiali, sia organici che inorganici, mediante processi sia fisici che chimici e sulla realizzazione di dispositivi, anche mediante tecniche a basso costo, quali la stampa rotocalco e la stampa serigrafica di film di materiali, quali il PEDOT: PSS, su supporti rigidi e flessibili.

E’ stato progettato e realizzato un reattore chimico per la sintesi di nanoparticelle di ZnS e ZnO, in forma di wurtzite, in quantità dell’ordine della decina di grammi, che sono state successivamente sinterizzate in un processo termico-meccanico opportunamente studiato. Le attività relative all’Additive manufacturing sono state svolte con l’intento di dimostrare le potenzialità di queste tecnologie, passando attraverso lo sviluppo di nuovi materiali e la realizzazione di dimostratori per applicazioni nel settore energetico. Una linea ha visto la preparazione di una pasta ceramica di tialite e le indagini finalizzate alla definizione del ciclo termico di sinterizzazione.

A partire dalla pasta ceramica ottimizzata è stato realizzato un dimostratore mediante stampa 3D per applicazioni in impianti di produzione di energia elettrica da biomasse. Sono stati da una parte realizzati dei filamenti caricati con particelle metalliche per la stampa in processi di tipo ADAM / BMD che consentono di realizzare componenti metalliche a partire da materiali polimerici compositi e dall’altra è stato implementato il plasma termico presente in ENEA per la realizzazione di polveri metalliche e ceramiche.

L’acquisizione di queste tecnologie e conoscenze potrà consentire in futuro la realizzazione di componenti in leghe metalliche con composizione personalizzata sulla base di determinate specifiche tecniche. Il progetto ha previsto anche un’attività di alloy design con l’intento di realizzare una lega ottimizzata per lo scambio termico in ambiente alcalino, quale quello presente all’interno delle macchine ad assorbimento a ciclo acqua-ammoniaca, utilizzate per i sistemi di riscaldamento e refrigerazione basati sull’energia solare.

La lega è stata prodotta mediante gas atomizzazione e sono stati realizzati dei campioni mediante il processo di stampa DMLS (Direct Metal Laser Sintering), al fine dell’ottimizzazione dei parametri di stampa. Inoltre sono stati realizzati, mediante stampa 3D, e testati scambiatori di calore, con una particolare geometria interna basata su un progetto dell’ENEA, in materiale polimerico, in materiale composito e in lega metallica. 

Il progetto ha previsto inoltre la realizzazione e l’implementazione di apparati di misura, in molti casi opportunamente progettati per le attività in corso: apparati per la misura della conducibilità elettrica e termica, del coefficiente di Seebeck, apparato per misure su materiali piroelettrici, banco prova per scambiatori di calore, implementazione macchine per prove meccaniche su componenti prodotti mediante AM, implementazione del sistema di formatura per materiali ceramici, implementazione dell’impianto di plasma termico.

Relativamente alle attività di diffusione previste dal progetto, si riportano alcuni link dei risultati presentati sia in ambito nazionale che internazionale:

MAKER FAIRE "MATERIALI DI FRONTIERA"

ARTICOLO TELEBORSA.IT "MAKER FAIRE 2021 

NOTIZIA "MAKER FAIRE 2021" SITO ENEA 

NOTIZIA "MAKER FAIRE 2021" SITO DIPARTIMENTO SSPT

INTERVISTA A DANIELE MIRABILE GATTIA CHE CI PARLA DEI NUOVI MATERIALI PER APPLICAZIONI NEL CAMPO DELL’ENERGIA

HI-AM CONFERENCE: PARTICIPANT INFORMATION PACKAGE 

PROGRAMMA DEFINITIVO EVENTO "GITE 2021"

POSTER SESSION "NANOINNOVATION 2021"

POSTER SESSION "NANOINNOVATION 2020"

INTERVENTO A NANOINNOVATION 2020 “Materials for AM in the Program Agreement with the Italian Ministry of Economic Development: project 1.3 “Advanced Materials for Energy”

PROGRAMMA EVENTO “WORLD ONLINE CONFERENCE ON SUSTAINABLE TECHNOLOGIES”, 17 – 19 MARZO 2021

PAGINA WEB DEL PROGETTO

PARTECIPAZIONE "E-PRIX 2022"

 

Le attività sono finanziate nell'ambito dell'Accordo di Programma con il Ministero Italiano per lo Sviluppo Economico: PTR 2019-2021 Progetto “Materiali di frontiera per usi energetici” (CUP: I34I19005780001). INSTM, UNIBO, UNINA, UNIROMA1, UNISA, UNISalento hanno collaborato alle attività del progetto.

QUI i Rapporti Tecnici realizzati.

 

Personale di riferimento: 
Daniele Mirabile Gattia