Il calore di scarto industriale è una miniera d’oro non sfruttata: viene prodotto in grandi quantità, ma difficilmente viene utilizzato in modo efficiente. Un nuovo tipo di macchina sviluppata dagli scienziati dell’Empa e dai loro partner sulla base di un’innovativa tecnologia del motore potrebbe cambiare questa situazione.

 

 

Le buone idee a volte prendono pieghe sorprendenti. Da anni gli esperti dell’Empa lavorano a un innovativo sistema di controllo delle valvole per motori a combustione con valvole ad azionamento elettroidraulico, che consente di rendere il cambio del gas molto più flessibile rispetto alla tecnologia convenzionale degli alberi a camme.

In un motore a benzina, il consumo di carburante potrebbe essere ridotto di circa il 20% nella modalità di funzionamento tipica delle autovetture.

Questo approccio è ora in fase di ulteriore sviluppo per i motori flessibili nei veicoli cargo insieme a un produttore di autocarri.

Ma ora questa tecnologia potrebbe anche consentire progressi in un altro settore.

L’Empa ha assegnato al suo ex studente di dottorato Andyn Omanovic una borsa di studio per imprenditori per portare sul mercato un nuovo tipo di macchina a pistone con questo sistema di controllo.

La commercializzazione sarà gestita da etavalve GmbH, uno spin-off di Empa e ETH Zurigo, che è stato co-fondato dall’esperto di idraulica Wolfgang Schneider, che è stato coinvolto nello sviluppo della tecnologia.

L’idea è quella di utilizzare il calore di scarto dei processi nell’industria dei metalli o del cemento e in altri settori in modo più efficiente con l’aiuto della suddetta macchina a pistoni rispetto ai metodi attuali che funzionano con le turbine.

Poiché il cilindro e il pistone formano uno spazio chiuso, spiega Omanovic, la compressione e l’espansione del processo avvengono in modo quasi ideale;

Ciò consente un rendimento energetico estremamente elevato: il calore di scarto viene convertito in energia meccanica tramite i pistoni, che viene infine utilizzata per generare elettricità.

Tuttavia, questo processo può essere implementato solo grazie all’innovativo controllo flessibile delle valvole.

“Le turbine sono particolarmente efficaci alle alte temperature e per esigenze di potenza di diverse centinaia di megawatt”, spiega il ricercatore dell’Empa, “ma la nostra macchina a pistoni è più adatta per intervalli di temperatura compresi tra 500 e 900 gradi, dove il calore di scarto viene generato in modo irregolare, e fino alla gamma di potenza di diversi megawatt”.

Il potenziale è elevato: nel 2016, la quantità di calore di scarto industriale superiore a 300 gradi in Germania è stata stimata in circa 10 terawattora all’anno.

A titolo di confronto, secondo l’Associazione delle aziende elettriche svizzere (VSE), l’anno scorso in Svizzera sono stati consumati circa 57 terawattora di elettricità.

Entro l’inizio del 2025 è prevista la costruzione di una macchina pilota per il fornitore di energia IWB di Basilea, che sta spingendo lo sviluppo di impianti di biochar in Svizzera, progettati e costruiti appositamente per le proprietà del calore di scarto generato durante la pirolisi.

Circa un anno dopo, secondo gli sviluppatori di etavalve, una piccola serie di macchine a pistoni dovrebbe essere consegnata a un’azienda specializzata in impianti per la combustione di gas magri provenienti da discariche o dalla lavorazione del biogas. I colloqui sono già in corso.

Gli esperti di etavalve sono quindi fiduciosi che la loro tecnologia possa raggiungere il mercato nel prossimo futuro, nonostante le sfide nei dettagli tecnici come i materiali resistenti alla temperatura per la macchina e la strategia di controllo per il processo termodinamico, che devono ancora essere padroneggiati.

Ma anche i calcoli costi-benefici sono molto promettenti.

“La produzione e il funzionamento della nostra prima macchina pilota coprono quasi tutti i costi”, afferma Omanovic, “il che non è affatto scontato per una tecnologia innovativa nell’ingegneria meccanica complessa”.