Come paese, oltre la metà di ciò che spendiamo in energia andrà sprecata, secondo un rapporto del Lawrence Livermore National Laboratory.
Uno dei principali colpevoli è il calore. Le fabbriche, come le acciaierie, emettono un'enorme quantità di energia sotto forma di calore, ma quel calore sfugge quasi sempre nell'atmosfera, dove non può fare molto bene.
Ma un team di scienziati che lavora in collaborazione tra il Massachusetts Institute of Technology e la Stanford University ha sviluppato un nuovo tipo di batteria che può aiutare a sfruttare lo scarico del calore e incanalarlo di nuovo nella griglia, sfruttando un principio meno noto chiamato effetto termogalvanico.
Fino ad ora, la maggior parte della ricerca sulla conversione del calore residuo si è concentrata sull'energia termoelettrica. I generatori termoelettrici, ad esempio, hanno guadagnato popolarità negli ultimi anni. I sistemi spostano gli elettroni dal lato caldo di un materiale conduttivo, come il metallo, verso il lato freddo; una volta lì, gli elettroni possono essere convertiti in corrente per alimentare i dispositivi o caricare una batteria. I generatori vengono utilizzati per alimentare cose come i sistemi di radio e telemetria sui gasdotti, come fonti di energia di backup per siti di ricerca senza pilota e persino come fonte di energia rinnovabile sul rover Mars Curiosity.
Il sistema è così noto e ben studiato che è già utilizzato in prodotti rivolti al consumatore, tra cui il popolare BioLite CampStove.
Ma, secondo Yi Cui, un professore associato di Stanford che ha contribuito a guidare lo sviluppo della nuova batteria, i generatori termoelettrici non possono adeguatamente raccogliere energia da grandi impianti e fabbriche che non funzionano come un falò.
Il calore residuo proveniente da un'acciaieria, ad esempio, non è abbastanza caldo (o la batteria non può essere sufficientemente raffreddata) per far funzionare una reazione termoelettrica.
Lavorando a stretto contatto con un team del MIT guidato da Gang Chen, un ricercatore con un profondo background in termoelettrica, Cui invece ha sviluppato una batteria progettata specificamente per il cosiddetto calore di "bassa qualità".
Il nuovo concetto è incentrato su una batteria all'acqua abbastanza standard con un elettrodo positivo e negativo. Il team ha posizionato una batteria scarica in un'area con molto calore residuo e quindi ha iniziato a caricarla. Una volta che la batteria è stata completamente caricata, l'hanno raffreddata a temperatura ambiente, a quel punto è stata scaricata e la batteria raffreddata può scaricare più energia di quella che è stata inserita.
Questo è il fenomeno termogalvanico al lavoro.
"Un cambiamento di temperatura provoca un cambiamento di energia libera e la potenza cambia molto", afferma Cui. In effetti, la batteria sta assorbendo energia dal calore residuo, altrimenti energia sprecata che potrebbe essere reimmessa nella rete.
Le batterie, a differenza dei sistemi termoelettrici, al momento non possono andare completamente fuori rete, poiché richiedono una corrente continua per caricarsi. L'idea è, tuttavia, che dovrai attingere meno energia dalla griglia per farlo.
Il team sta ancora sperimentando la velocità con cui può riscaldare e raffreddare le batterie e quante volte una cella può essere ciclata prima di essere esaurita. In laboratorio, la batteria impiega un paio d'ore per completare un ciclo di carica-scarica. Il team non ha spinto nessuna singola cella in oltre 50 cicli.
In questo momento, non abbiamo un chiaro senso di quanta potenza può produrre un sistema come quello di Cui. Cui prevede infine un circuito di più celle che può essere installato in una fabbrica. Quando la temperatura di una cella aumenta dall'esposizione al calore disperso, un'altra si sposta nel ciclo di raffreddamento.
"La metà di loro si carica ad alta temperatura e la metà si scarica a bassa temperatura", afferma.
Al momento, l'obiettivo principale è il calore di scarto prodotto in fabbrica, ma Cui ritiene che il sistema potrebbe essere applicato altrove in futuro. Il team può anche sperimentare altri materiali della batteria che potrebbero consentire l'effetto termogalvanico da applicare a livelli di calore più elevati, come quelli prodotti da un camino o un forno.
In un momento in cui i sistemi di raccolta di energia stanno già diventando comuni all'estero, sistemi come Cui potrebbero rivelarsi inestimabili per esplorare nuovi regni di energia negli Stati Uniti. Nei prossimi anni, il calore della metropolitana di Londra sarà utilizzato per riscaldare circa 1.400 case. E gran parte dell'energia della Danimarca proviene dal calore residuo.
Con invenzioni come questa, potremmo iniziare a recuperare.
