Rendere più efficienti le microturbine a gas utilizzate per la produzione di energia significa anche riuscire a recuperare una maggiore quantità del calore che normalmente viene disperso nei gas di scarico. È questo l'obiettivo della ricerca condotta dal Laboratorio Materiali Ceramici e Compositi per l'Industria Manifatturiera (MCC) della Divisione Tecnologie e materiali per l’Industria Manifatturiera Sostenibile (TIMAS) di ENEA, nell'ambito del Progetto 1.4 "Materiali e dispositivi di frontiera per applicazioni energetiche" del Piano Triennale di Realizzazione 2025-2027 della Ricerca di Sistema Elettrico, previsto dall'Accordo di programma MASE-ENEA, che ha portato alla realizzazione di recuperatori di calore ceramici per microturbine a gas, in fase di realizzazione mediante manifattura additiva.

Il recuperatore preriscalda l'aria in ingresso alla camera di combustione sfruttando il calore dei gas in uscita dalla turbina. L'uso di materiali ceramici al posto dei metalli consente di operare a temperature più elevate, con un maggiore recupero termico e un incremento dell'efficienza di conversione energetica. La stampa 3D rende possibile l'impiego di geometrie basate su Triply Periodic Minimal Surface (TPMS): strutture continue e interconnesse, non realizzabili con i processi convenzionali, che offrono un elevato rapporto tra superficie di scambio e volume e favoriscono il moto turbolento dei fluidi, migliorando lo scambio termico.

I risultati presentati a Shaping 10

Le attività di ricerca saranno presentate a Shaping 10, in programma a Padova dal 21 al 23 settembre, conferenza organizzata dalla European Ceramic Society e dalla Società Ceramica Italiana e dedicata ai processi di formatura dei materiali ceramici.

Nel corso dell'evento, i nostri ricercatori dei Laboratori TIMAS dell’ENEA di Faenza, presenteranno i risultati fin qui ottenuti:

Francesca Mazzanti, presenterà la metodologia sviluppata per la progettazione di un recuperatore in allumina con struttura TPMS, illustrando le soluzioni adottate per trasformare una geometria complessa in un componente destinato a un'applicazione energetica.

Enrico Leoni, presenterà invece lo sviluppo della feedstock di allumina utilizzata nel processo di stampa 3D basato sulla fotopolimerizzazione, noto come Digital Light Processing (DLP).

La feedstock è il materiale di partenza utilizzato dalla stampante 3D e la sua formulazione rappresenta un passaggio fondamentale per ottenere componenti ceramici con le caratteristiche richieste. In questo caso, i ricercatori hanno sviluppato una formulazione che utilizza un nuovo sistema fotoiniziatore attivo alla luce visibile, da impiegare nel processo di fotopolimerizzazione.

Dalla ricerca sui materiali a sistemi energetici più efficienti

Il lavoro sui recuperatori ceramici combina quindi competenze diverse: progettazione meccanica, materiali ceramici, stampa 3D e ingegneria energetica. L'obiettivo è sviluppare componenti capaci di operare in condizioni di temperatura più elevate e con geometrie ottimizzate per lo scambio termico, contribuendo allo sviluppo di microturbine a gas più efficienti.

La partecipazione a Shaping 10 rappresenta, quindi, un'occasione per condividere con la comunità scientifica i risultati finora raggiunti e mettere in evidenza le potenzialità della manifattura additiva nella realizzazione di nuovi dispositivi ceramici per applicazioni energetiche.