Un nuovo design di emettitore termico sviluppato alla Rice University ha portato i sistemi termofotovoltaici a superare il 60% di efficienza, aprendo la strada a una rivoluzione nella conversione dell’energia. Questo progresso potrebbe rappresentare una valida alternativa alle batterie per lo stoccaggio su larga scala e per le pratiche industriali sostenibili.
I ricercatori guidati dall’ingegnere Gururaj Naik hanno adottato un approccio innovativo ispirato alla fisica quantistica per potenziare i sistemi termofotovoltaici (TPV), che trasformano il calore in elettricità sfruttando la luce. Questo nuovo emettitore termico, progettato per operare entro vincoli realistici di progettazione, promette di rivoluzionare il settore.
Impatto sull’Energia Sostenibile e sull’Economia
Questo avanzamento potrebbe rivoluzionare lo stoccaggio dell’energia termica, offrendo un’alternativa economica e scalabile alle batterie e favorendo l’adozione delle energie rinnovabili. Inoltre, migliorare i sistemi TPV potrebbe ridurre significativamente il calore di scarto industriale, rendendo i processi produttivi più sostenibili e efficienti.
I sistemi TPV sono composti da celle fotovoltaiche (PV) e emettitori termici, entrambi cruciali per l’efficienza complessiva. Tuttavia, finora gli sforzi di ottimizzazione si sono concentrati principalmente sulle celle PV, limitando le prestazioni degli emettitori termici. Naik ha sottolineato che l’approccio convenzionale ha portato a dispositivi a bassa resa o ad alte prestazioni difficili da integrare.
Avanzamento nel Design dell’Emettitore Termico
Un recente studio pubblicato su npj Nanophotonics ha presentato un nuovo emettitore termico che supera il 60% di efficienza, pronto per l’applicazione pratica. Questo risultato è stato ottenuto considerando l’interazione dei risonatori, aprendo nuove possibilità per massimizzare la conversione dell’energia.
Miglioramento delle Prestazioni dell’Emettitore Attraverso la Fisica Quantistica
L’emettitore termico è composto da diversi strati, tra cui un foglio di metallo di tungsteno e una rete di nanocilindri di silicio. Sfruttando principi della fisica quantistica, il team ha ottenuto un controllo preciso sull’emissione di fotoni, massimizzando l’efficienza e superando i limiti precedenti.
Implicazioni per le Tecnologie di Conversione dell’Energia
Questi progressi potrebbero rendere il TPV una valida alternativa alle tecnologie esistenti, specialmente per lo stoccaggio a lungo termine dell’energia. Settori come le centrali nucleari e le industrie manifatturiere potrebbero beneficiare enormemente da questa innovazione, riducendo gli sprechi e migliorando l’efficienza complessiva.
Potenziali Applicazioni nello Spazio e Oltre
La tecnologia sviluppata potrebbe trovare impiego anche in ambito spaziale, ad esempio nell’alimentazione di missioni su Marte. Un aumento dell’efficienza in sistemi spaziali potrebbe rappresentare una svolta significativa per l’esplorazione spaziale e le missioni in ambienti estremi.
Riferimento: Emettitore termico selettivo non-ermitiano per la termofotovoltaica di Ciril Samuel Prasad e Gururaj V. Naik, 21 novembre 2024, npj Nanophotonics. DOI: 10.1038/s44310-024-00044-3. La ricerca è stata supportata dalla National Science Foundation (1935446) e dall’U.S. Army Research Office.
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