Dal calore all'elettricità grazie ad una nuova lega

[MonsterMash]

Originariamente inviato da !fazz

rimanete in topic la fusione fredda non c'entra nulla con l'argomento del thread, non fatemi iniziare con le sospensioni

tornando alla notizia, la produzione di energia elettrica direttamente dal calore non è che sia una novità viene sfruttata da anni nelle TEC anche abbinata all'uso di materiale nucleare per la generazione del calore (RTG ) il cui primo utilizzo pratico è avvenuto nel 1961.


la particolarità di questo materiale è il meccanismo di funzionamento che, si spera, dovrebbe portare ad un incremento dell'efficienza del sistema: allo stato attuale le tec sono troppo care per un utilizzo di massa

Quello a cui ti rifrisci tu è l'effetto seebeck, questo esperimento sembra basarsi su un principio completamente diverso.

[!fazz]

Originariamente inviato da MonsterMash

Quello a cui ti rifrisci tu è l'effetto seebeck, questo esperimento sembra basarsi su un principio completamente diverso.

infatti, se noti l'ho scritto nelle ultima frase sperando che il materiale abbia un'efficienza e un costo abbordabile

[rb1205]

Ok se funziona col calore dissipato, in pratica non è che una cella di peltier a miniaturizzata a livelli molecolari. Tuttavia, nell'articolo si parla di "assorbire il calore", questa è semplicemente sbagliato, detto così è una violazione bella e buona del 2° principio della termodinamica.

Ad ogni modo, come sempre nell'energetico, è rigorosamente necessario procedere con i piedi di piombo rinforzato, le truffe sono all'ordine del giorno.

[Bhibu]

parla di oceani quindi suppongo che possa produrre energia da fonti relativamente fredde, però sarebbe bello capire a quali temperature lavorano, perchè se lavorano già a 70-90°C si potrebbelo installare su un tetto qualsiasi, basta una lastra nera di metallo per raggiungere i 90° al sole in estate e in inverno non è difficile raggiungere i 50-70°C se la lastra nera è sotto vetro...
Il calore è la forma di energia più diffusa, è ovunque, ad oggi non si conosce un solo luogo in cui non ci sia calore... quindi riuscire a convertirlo direttamente in elettricità sarebbe una svolta clamorosa, cmq ci sono altri sistemi per generare energia dal calore ambientale (si calore ambientale) ma nessuno li sviluppa!

[rb1205]

Originariamente inviato da Bhibu

parla di oceani quindi suppongo che possa produrre energia da fonti relativamente fredde, però sarebbe bello capire a quali temperature lavorano, perchè se lavorano già a 70-90°C si potrebbelo installare su un tetto qualsiasi, basta una lastra nera di metallo per raggiungere i 90° al sole in estate e in inverno non è difficile raggiungere i 50-70°C se la lastra nera è sotto vetro...
Il calore è la forma di energia più diffusa, è ovunque, ad oggi non si conosce un solo luogo in cui non ci sia calore... quindi riuscire a convertirlo direttamente in elettricità sarebbe una svolta clamorosa, cmq ci sono altri sistemi per generare energia dal calore ambientale (si calore ambientale) ma nessuno li sviluppa!

Quella che dici tu sarebbe una macchina a moto perpetuo del 2° tipo, ovvero una macchina che obbedisce al primo principio della termodinamica (conservazione dell'energia) ma infrange il secondo (irreversibilità dei processi termodinamici)

[!fazz]

Originariamente inviato da rb1205

Ok se funziona col calore dissipato, in pratica non è che una cella di peltier a miniaturizzata a livelli molecolari. Tuttavia, nell'articolo si parla di "assorbire il calore", questa è semplicemente sbagliato, detto così è una violazione bella e buona del 2° principio della termodinamica.

Ad ogni modo, come sempre nell'energetico, è rigorosamente necessario procedere con i piedi di piombo rinforzato, le truffe sono all'ordine del giorno.

è simile ad una tec non ad una peltier (una tec è l'opposto di una peltier) e non c'è nulla di miniaturizzato a livelli molecolari: si tratta di una lega con particolari caratterische magnetiche

Originariamente inviato da rb1205

Quella che dici tu sarebbe una macchina a moto perpetuo del 2° tipo, ovvero una macchina che obbedisce al primo principio della termodinamica (conservazione dell'energia) ma infrange il secondo (irreversibilità dei processi termodinamici)

nessuna macchina a moto perpetuo, si tratta di un sistema che converte parte dell'energia termica assorbita in energia elettrica, dove lo vedi un moto perpetuo?

[rb1205]

Originariamente inviato da !fazz

nessuna macchina a moto perpetuo, si tratta di un sistema che converte parte dell'energia termica assorbita in energia elettrica, dove lo vedi un moto perpetuo?

Il fatto che, affinche possa esserci lavoro, il calore deve fluire da una sorgente calda ad una fredda, non può semplicemente essere "convertito" in energia elettrica.
Quello che dici tu è corretto (si tratta di un sistema che converte parte dell'energia termica assorbita in energia elettrica), quello che ha scritto Bhibu ("Il calore è la forma di energia più diffusa, è ovunque, ad oggi non si conosce un solo luogo in cui non ci sia calore... quindi riuscire a convertirlo direttamente in elettricità sarebbe una svolta clamorosa") sarebbe indiscutibilmente un moto perpetuo.

EDIT: più che energia termica assorbita, si dovrebbe parlare (come nell'articolo) di energia termica dissipata. Non è la stessa cosa.

[GByTe87]

Originariamente inviato da !fazz

è simile ad una tec non ad una peltier (una tec è l'opposto di una peltier)...

?

A meno che non intendiamo due acronimi differenti, TEC (Thermoelectric Cooler) è esattamente una Peltier, o comunque un dispositivo il cui funzionamento si basa sull'effetto Peltier.

[Bhibu]

Originariamente inviato da rb1205

Quella che dici tu sarebbe una macchina a moto perpetuo del 2° tipo, ovvero una macchina che obbedisce al primo principio della termodinamica (conservazione dell'energia) ma infrange il secondo (irreversibilità dei processi termodinamici)

no, no, non parlo di moto perpetuo, è solo una macchina che frutta semplici regole fisiche, è un sistema relativamente semplice che funziona però solo a determinate temperature, cioè se progetti la macchina per una temperatura ambiente se questa cambia oltre i limiti consentiti, l'efficienza diminuisce e la macchina consuma al posto che produrre energia, ed è proprio questo il problema, essendoci una gran quantità di componenti meccaniche tutte estremamente sensibili alle differenze di temperatura puoi ben capire che realizzarla è complesso e molto costoso, in inghilterra ci hanno provato... non se ne è più sentito parlare, ma è anche possibile che il tutto sia stato occultato

[banaz]

Originariamente inviato da rb1205

Ok se funziona col calore dissipato, in pratica non è che una cella di peltier a miniaturizzata a livelli molecolari. Tuttavia, nell'articolo si parla di "assorbire il calore", questa è semplicemente sbagliato, detto così è una violazione bella e buona del 2° principio della termodinamica.

ma ancora qui non si sta parlando di andare contro il principio della termodinamica: è cosi scandaloso che un materiale(qualsiasi sia la sua composizione) riceva calore da una fonte esterna ovviamente più calda(che sia di natura dissipativa o diretta) e si scaldi ?? non è proprio ciò che mi dice il secondo principio :P ??


il bello di questo materiale(se appunto confermato e tutto come giustamente dicevi è necessario andare con i piedi di piombo etc etc) non è tanto il fatto che lui direttamente produca energia elettrica (e su questo siamo d'accordo) ma "semplicemente" crei un campo magnetico una volta riscaldato a temperature superiori quelle di equilibrio ... ed è quello infatti (con apposita bobina) che permetterebbe di creare energia elettrica ...

[ripsk]

Interessante news, e anche se il rendimento dovesse rivelarsi basso in certe applicazioni tornerebbe comunque utile (recuperare anche solo un 20-30% dei watt buttati in calore dalle CPU/GPU sarebbe già una manna dal cielo con quello che scaldano, sia come assorbimento di calore e sia per il risparmio di quei 50W sulla bolletta che non fa mai male )

[marchigiano]

Originariamente inviato da demon77

Ragazzi messa giù così è semplicemente SPETTACOLARE!!

Bisogna attendere lo sviluppo comunque.. soprattutto in termini di rendimento e COSTI.

Le applicazioni sarebbero infinite.. recuperare energia da qualsiasi fonte di calore "sprecato".

Enormi impieghi in ambito automotive ma anche come strato di raffreddamento per i pannelli fotovoltaici in silicio!

quoto tutto tranne i pannelli FV... conviene nettamente usare un collettore tipo pannello termico e usare quel calore, il FV sarebbe solo uno spreco di soldi

in pratica ogni gingillo che abbiamo produce calore e consuma energia, si potrebbe aumentare il rendimento di qualsiasi cosa

rimane "solo" da capire il costo/rendimento e i limiti di utilzzo

[darkpella]

Mi pare che non abbiate ben capito come funzionerebbe questa sistema per la generazione di energia... e di conseguenza quali ne sono, potenzialmente, i limiti rispetto a un'applicazione termoelettronica tradizionale (leggi effetto Seebek)e come rispetta il secondo principio.

L'Ingegnere (con la laurea, giuro!) prova a spiegarlo

1. Il materiale, scaldandosi subisce un cambiamento di fase e genera un campo magnetico; durante il cambiamento di fase la temperatura del materiale rimane sostanzialmente costante in quanto buona parte del calore (cioè energia) assorbito va a generare il campo magnetico, che naturalmente durante il cambiamento di fase ha intensità variabile nel tempo. Naturalmente il materiale deve inizialmente trovarsi a una temperatura inferiore a quella alla quale avviene il cambiamento di fase e la sorgente di calore che lo scalda dev'essere a una temperatura superiore a quella di cambiamento di fase.

2. Il materiale è avvolto in un solenoide, il campo magnetico generato dal materiale, che risulta concatenato alle spire del solenoide, essendo variabile nel tempo, genera una differenza di potenziale ai capi del solenoide che può a sua volta generare una corrente elettrica.

3. Quando il cambiamento di fase del materiale è completo il campo magnetico generato dal materiale non varia più, per cui anche la differenza di potenziale ai capi del solenoide si annulla.

4. A questo punto il materiale dev'essere raffreddato a una temperatura inferiore a quella di cambiamento di fase, collegandolo a un pozzo di calore (heat sink) a temperatura inferiore a quella che genera il cambiamento di fase. Durante il ritorno alla fase iniziale il campo magnetico progressivamente si annulla generando ancora una volta una differenza di potenziale ai capi del solenoide, naturalmente di segno opposto a quella generata in fase di riscaldamento (un rettificatore di corrente non si nega a nessuno). Mi aspetterei peraltro che il grosso dell'energia elettrica venga estratta in questa fase, sicuramente l'energia elettrica estratta nelle due fasi è considerevolmente differente. Per effetto dell'isteresi del materiale, non tutta l'energia accumulata nel campo magnetico può essere convertita in energia elettrica estratta ai capi del solenoide, per cui il pozzo di calore deve assorbire calore per raffreddare il materiale al di sotto della temperatura di cambiamento di fase. Il 2° principio è rispettato (questo peraltro significa che c'è un limite fisico alla riduzione dell'isteresi magnetica del materiale).

5. Il ciclo riparte.

I limiti rispetto a una cella Seebek sono evidenti, mentre la cella Seebek lavora "in continuo" (posto che la temperatura della sorgente di calore e quella del pozzo di calore siano costanti), fornendo potenza costanti, un sistema come quello sopra descritto richiede di esporre il materiale alternatamente alla sorgente e al pozzo di calore, per cui non può essere fisicamente collegato a diretto contatto con nessuno dei due ma richiede che siano scambiatori di calore sulla sorgente, sul pozzo e sul sistema di conversione, collegati con un fluido che trasmetta il calore, con una (almeno) pompa e con sistemi valvolari per collegare lo scambiatore di calore posto sul sistema di conversione alternatamente a quello collegato alla sorgente di calore e a quello posto sul pozzo di calore.
Inoltre il fatto che, inevitabilmente, le potenze elettriche generate durante le due fasi (riscaldamento e raffreddamento) saranno considerevolmente differenti fa sì che il sistema non eroghi potenza costante neppure con temperature di lavoro costanti, per cui è necessaria una batteria che "spiani" la potenza generata.
Ciò detto mi aspetterei che, con un adeguata progettazione del tutto, l'efficienza di rendimento sia superiore.
In generale se la lega indicata fosse, alle temperature di lavoro, liquida e in questo stato potesse andare incontro al cambiamento di fase che determina la generazione/distruzione del campo magnetico, per cui si pompa la lega e non un fluido scambiatore di calore, il sistema potrebbe essere molto semplificato, o meglio i componenti che lo compongono potrebbero essere più semplici (leggi economici ed affidabili).

Anche la caratteristiche deve avere la lega per massimizzare l'efficienza mi pare debbano essere opposte a quelle dei materiali che compongono una cella Seebek.

Infatti se i materiali che compongono la cella Seebek devono, idealmente, avere un'elevata conducibilità elettrica e una bassa conducibilità termica, qua i requisiti mi pare debbano essere opposti:
. Elevata conducibilità termica, per ottenere lo scambio di calore anche con scambiatori calore semplici
. Bassa conducibilità elettrica (idealmente dovrebbe essere un isolante) per ridurre le potenze dissipate dalle correnti elettriche autoindotte o mutuamente indotte dal solenoide quando il campo magnetico varia.

darkpella

[darkpella]

Originariamente inviato da dav1deser

E' una reazione chimica, il nickel non è che svanisca nel nulla. Non ho letto i paper quindi non so esattamente come funzioni però immagino che il nickel precipiti nella matrice sotto forma di un composto diverso. A fine vita del componente questo andrebbe rigenerato o riciclato, senza però bisogno di utilizzare nuovo materiale vergine.



I numeri andrebbero messi a pedice in quanto indicano le percentuali della composizione, messi invece ad apice non significano molto, ad apice si mettono tipologia e quantità di carica elettrica di ioni.

In realtà no, si tratterebbe proprio di una reazione di fusione nucleare idrogeno-nickel, che darebbe come prodotto il rame.

Originariamente inviato da Giovannino

"Nickel, uno dei metalli più rari sulla terra."

Più comuni semmai...

Be', il nickel forse non è il metallo più raro che esista, ma chiunque lavori con l'inox sa bene che fra un inox austenitico "base" (che contiene ca. il 10% di nickel, è il famoso acciaio inox 18-10 delle pentole MondialCasa, tecnicamente detto AISI 304) e uno ferritico "base" (che non ne contiene quasi, tipo l'AISI 430) c'è quasi il 40% di differenza di prezzo alla tonnellata, per cui non è esattamente così facilmente disponibile a noi comuni mortali.
Che poi il nucleo terrestre ne contenga una valanga è di scarsa utilità pratica

[Cpt Harlock]

Dopo la lezione di teoria fisica.

Speriamo in un utilizzo di questa tecnologia al più presto, anche se andremo a recuperare una bassa quantità di elettricità ben venga.

[darkpella]

Originariamente inviato da Cpt Harlock

Dopo la lezione di teoria fisica.

Speriamo in un utilizzo di questa tecnologia al più presto, anche se andremo a recuperare una bassa quantità di elettricità ben venga.

Amen!

[SaKi&L]

Originariamente inviato da darkpella

Mi pare che non abbiate ben capito come funzionerebbe questa sistema per la generazione di energia... darkpella

cambiamento di fase? cioè il materiale tende a diventare metallo liquido?
comunque vorresti dire che produce energia solo in funzione di un gradiente di temperatura e non in funzione della temperatura assoluta?

[darkpella]

Originariamente inviato da SaKi&L

cambiamento di fase? cioè il materiale tende a diventare metallo liquido?
comunque vorresti dire che produce energia solo in funzione di un gradiente di temperatura e non in funzione della temperatura assoluta?

Un cambiamento di fase non necessariamente implica che il materiale diventi da solido a liquido o viceversa, anche se si tratta della forma più comunemente nota
Ad esempio può cambiare la forma di cristalli da cui è formato il materiale, come ad esempio avviene negli acciai al carbonio quando si fanno i trattamenti termici di tempra.

La produzione di energia non è collegata a un gradiente di temperatura (anche se ovviamente la trasmissione del calore richiede un gradiente di temperatura), quanto al raggiungimento della temperatura di cambio di fase e al progredire di questo cambiamento di fase all'interno del materiale.

[Kukko]

Originariamente inviato da darkpella

Mi pare che non abbiate ben capito come funzionerebbe questa sistema per la generazione di energia... e di conseguenza quali ne sono, potenzialmente, i limiti rispetto a un'applicazione termoelettronica tradizionale (leggi effetto Seebek)e come rispetta il secondo principio.

L'Ingegnere (con la laurea, giuro!) prova a spiegarlo

1. Il materiale, scaldandosi subisce un cambiamento di fase e genera un campo magnetico; durante il cambiamento di fase la temperatura del materiale rimane sostanzialmente costante in quanto buona parte del calore (cioè energia) assorbito va a generare il campo magnetico, che naturalmente durante il cambiamento di fase ha intensità variabile nel tempo. Naturalmente il materiale deve inizialmente trovarsi a una temperatura inferiore a quella alla quale avviene il cambiamento di fase e la sorgente di calore che lo scalda dev'essere a una temperatura superiore a quella di cambiamento di fase.

2. Il materiale è avvolto in un solenoide, il campo magnetico generato dal materiale, che risulta concatenato alle spire del solenoide, essendo variabile nel tempo, genera una differenza di potenziale ai capi del solenoide che può a sua volta generare una corrente elettrica.

3. Quando il cambiamento di fase del materiale è completo il campo magnetico generato dal materiale non varia più, per cui anche la differenza di potenziale ai capi del solenoide si annulla.

4. A questo punto il materiale dev'essere raffreddato a una temperatura inferiore a quella di cambiamento di fase, collegandolo a un pozzo di calore (heat sink) a temperatura inferiore a quella che genera il cambiamento di fase. Durante il ritorno alla fase iniziale il campo magnetico progressivamente si annulla generando ancora una volta una differenza di potenziale ai capi del solenoide, naturalmente di segno opposto a quella generata in fase di riscaldamento (un rettificatore di corrente non si nega a nessuno). Mi aspetterei peraltro che il grosso dell'energia elettrica venga estratta in questa fase, sicuramente l'energia elettrica estratta nelle due fasi è considerevolmente differente. Per effetto dell'isteresi del materiale, non tutta l'energia accumulata nel campo magnetico può essere convertita in energia elettrica estratta ai capi del solenoide, per cui il pozzo di calore deve assorbire calore per raffreddare il materiale al di sotto della temperatura di cambiamento di fase. Il 2° principio è rispettato (questo peraltro significa che c'è un limite fisico alla riduzione dell'isteresi magnetica del materiale).

5. Il ciclo riparte.

[CUT]

darkpella

Domanda da profano.

Avendo 3 di questi apparati collegati tra loro in serie, in modo che il primo usi come pozzo di calore l'ingresso del secondo, il secondo faccia lo stesso con il terzo ed il terzo di nuovo lo stesso con il primo, non si riuscirebbe così a trasformare praticamente tutto il calore immesso inizialmente nel sistema in energia elettrica?

[darkpella]

Originariamente inviato da Kukko

Domanda da profano.

Avendo 3 di questi apparati collegati tra loro in serie, in modo che il primo usi come pozzo di calore l'ingresso del secondo, il secondo faccia lo stesso con il terzo ed il terzo di nuovo lo stesso con il primo, non si riuscirebbe così a trasformare praticamente tutto il calore immesso inizialmente nel sistema in energia elettrica?

Sorgono 4 problemi:

1. Per scambiare calore in maniera efficiente la temperatura di cambiamento di fase di ciascuna dispositivo dev'essere sostanzialmente inferiore a quella della sorgente di calore e sostanzialmente superiore a quella del pozzo di calore cui viene collegato, per cui a ogni passaggio di calore da un dispositivo all'altro perdi il salto di temperatura dispositivo /pozzo più quello dispositivo/sorgente.
2. Ciascun dispositivo dovrebbe avere una temperatura di cambiamento di fase inferiore a quella del dispositivo che lo precede, cioè dovrebbe essere fatto con leghe differenti, sempre con le proprietà multiferroiche
3. Aumenterebbe a dismisura il costo degli impianti necessari a farlo funzionare (pompe, scambiatori di calore, valvole per fare lo scambio pozzo/sorgente)
4. Il 2° principio del termodinamica rimane inviolabile, data la temperatura della sorgente di calore e quella dell'ultimo pozzo di calore l'efficienza di conversione calore-elettricità ha comunque un massimo insuperabile. A parità di salto di temperatura l'ultimo dispositivo avrebbe un rendimento di conversione molto inferiore al primo e opererebbe con un calore residuo molto inferiore (calore iniziale-meno calore già trasformato in energia elettrica-dispersioni lungo le linee di trasmissione) dando un contributo ridicolo