Il calore disperso? Presto potrà illuminare le nostre città

Catturare il calore di una lampadina per ricaricare lo smartphone. Recuperare l’energia prodotta da un fornello o da una candela per far funzionare uno di quegli oggetti personali che con il tempo sono diventati compagni di viaggio imprescindibili della nostra vita. Utilizzare il calore disperso e trasformarlo in energia, immaginando un mondo più pulito e più efficiente, nel quale l’uomo riesca a trovare soluzioni in grado di limitare l’impatto ambientale. La ricerca, negli ultimi anni, ha spostato decisamente la propria attenzione verso i temi della sostenibilità ambientale, dove le energie rinnovabili occupano un posto di primo piano, anche nell’immaginario collettivo. Tutto ciò che utilizziamo quotidianamente produce calore. Capire come recuperarlo e lavorare per recuperarne sempre di più, in modo da trasformarlo in nuova energia, è la missione di Mercouri Kanatzidis, professore alla Northwestern University di Evanston (Illinois, USA) e uno dei leader internazionali della chimica allo stato solido. La sua ricerca apre scenari importantissimi per i processi industriali che comportano una dispersione nell’ambiente di energia sotto forma di calore come avviene nella produzione di cemento e di vetro o nell’industria automobilistica.

Lo scienziato statunitense è riuscito a dar vita a un materiale capace di generare energia elettrica da corpi che emettono calore. La novità della ricerca di Kanatzidis risiede tutta nel particolare tipo di materiale utilizzato, molto più efficiente di quelli utilizzati in precedenti esperimenti. È stato stimato che le tecnologie sviluppabili a valle del lavoro del professor Kanatzidis potrebbero consentire il recupero di almeno 50 GW su scala globale. I principali risultati conseguiti dallo scienziato sono descritti in più di 850 pubblicazioni scientifiche e sono oggetto di oltre 20 brevetti.

Studiare materiali in grado di non disperdere percentuali di calore di scarto e trasformarle in energia elettrica potrebbe aprire quindi scenari completamente nuovi. La produzione di dispositivi alimentati dal calore di scarto è immaginazione del futuro, ma le ricerche di Mercouri Kanatzidis sullo sviluppo di nuovi semiconduttori allo stato solido, capaci di riutilizzare il calore disperso convertendolo direttamente in energia elettrica, sono la strada per trasformare in realtà l’immaginazione del presente.

Per l’impegno in questa direzione, Mercouri Kanatzidis è stato premiato nell’ottava edizione di Eni Award, il premio istituito nel 2007 e divenuto nel corso degli anni un punto di riferimento a livello internazionale per la ricerca nei campi dell’energia e dell’ambiente. Vincitore per la sezione “Energie rinnovabili”, Kanatzidis ha “nanostrutturato” il materiale dei semiconduttori termoelettrici, cioè è intervenuto con una modifica a livello molecolare, aggiungendo nanocristalli con determinate composizioni i quali, ad alte temperature, portano ad un incremento significativo delle prestazioni. Il risultato è stato l’aver infranto il record, che resisteva da 40 anni, di efficienza nella conversione calore-elettricità.

Oltre a Kanatzidis, gli Eni Award sono stati consegnati ad altri studiosi e scienziati che si sono distinti in quattro ambiti di ricerca. Il premio “Nuove frontiere degli idrocarburi” per la sezione Upstream è andato a Johan Olof Anders Robertsson, dell’ETH di Zurigo che, insieme a Dirk-Jan van Manen, Ali Özbek, Massimiliano Vassallo e Kemal Özdemir, è stato premiato per una ricerca sullo sviluppo di una tecnologia innovativa di acquisizione e modellazione dei dati di prospezione a mare con metodi acustici (sismici), capace di superare gli attuali limiti di visualizzazione delle caratteristiche del sottosuolo nel rispetto dell’ambiente. Per la sezione Downstream, premiato Helmut Schwarz della Technische Universität Berlin con un lavoro incentrato su un problema fondamentale della ricerca moderna: l’attivazione di metano per la sua conversione in idrocarburi più pesanti. Menachem Elimelech, professore del Department of Chemical and Environmental Engineering della Yale University, si è aggiudicato il Premio “Protezione dell’ambiente”. Elimelech è considerato un pioniere nell’applicazione del processo di “osmosi diretta”, un processo innovativo di purificazione e desalinizzazione delle acque ad alta salinità. Il sistema messo a punto da Elimelech riduce i costi rispetto alle tecniche attuali che utilizzano l’osmosi inversa, con il risultato di incrementare la produttività del processo e, al tempo stesso, ridurre i consumi energetici. L’applicazione di questa ricerca potrebbe portare a un maggior utilizzo della desalinizzazione in aree geografiche prima escluse a causa dei costi troppo alti degli impianti tradizionali. Si stima, infatti, che il costo per la purificazione o desalinizzazione con i sistemi a osmosi diretta si aggiri intorno a un solo dollaro per metro cubo di acqua.  I sistemi a membrana che sfruttano la tecnologia dell’osmosi diretta messi a punto da Elimelech si stanno diffondendo in maniera molto rapida nel mondo e trovano ambiti di applicazione  anche in altri settori. Uno di questi è quello dello sviluppo e dell’estrazione degli idrocarburi, dove entrano in gioco nella fase di recupero e riutilizzo delle acque reflue.

All’interno di Eni Award anche due riconoscimenti “Debutto nella ricerca” assegnati ai ricercatori Under 30 Daniela Meroni e Margherita Maiuri.  L’enorme importanza che riveste la ricerca scientifica nel campo delle energie rinnovabili è chiaramente percepibile anche dai non addetti ai lavori. È ormai evidente che solo con l’individuazione di strade “sostenibili” sarà possibile coniugare il progresso con il rispetto dell’ambiente. Farlo valorizzando e sostenendo le nuove generazioni di ricercatori, come ha deciso di fare Eni con l’istituzione di un premio che ha l’ambizione di essere un “Nobel dell’Energia”, è probabilmente quella che può definirsi una scelta saggia. Il passaggio dal petrolio alle energie integrate, l’utilizzo del solare e delle biomasse e la ricerca nell’innovazione tecnologica rappresentano lo sguardo puntato al futuro di cui non si può più fare a meno.

(in collaborazione con Eni)