Questa scoperta può ridurre il carburante, prolungare la durabilità delle turbine e favorire soluzioni energetiche più sostenibili.
I ricercatori dell'Università della Virginia e dell'Università di Harvard (Stati Uniti) hanno scoperto nuovi rivestimenti barriera termica (TBC) che potrebbero aumentare significativamente le prestazioni e l'efficienza delle turbine a gas, componenti essenziali delle centrali elettriche e dei motori a reazione.
Lo studio esplora gli effetti della sostituzione del ferro con la zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) sulla capacità del materiale di assorbire il calore radiativo nella regione del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico. Questa modifica potrebbe aprire la strada a innovazioni che migliorano l'efficienza dei sistemi energetici quotidiani.
Le turbine a gas, fondamentali per la generazione di elettricità e la propulsione degli aerei, operano a temperature estremamente elevate. I rivestimenti barriera termica proteggono queste turbine per garantire un funzionamento sicuro ed efficiente. Migliorare l'efficienza delle turbine è fondamentale, poiché questi sistemi consumano grandi quantità di carburante. Una maggiore efficienza si traduce in una minore quantità di combustibile bruciato a parità di energia prodotta, con conseguenti risparmi per i consumatori e una riduzione delle emissioni di gas serra, due passi fondamentali nel passaggio a soluzioni energetiche più sostenibili.
“La nostra ricerca dimostra che, sostituendo il ferro con la zirconia stabilizzata con ittrio, possiamo regolare con precisione le proprietà di assorbimento ottico del materiale, con implicazioni dirette sul controllo del trasferimento di calore. Questo potrebbe portare a turbine più fredde, più durature e più efficienti, contribuendo a un futuro energetico più sostenibile,” ha dichiarato il ricercatore principale Shunshun Liu.
Questi progressi potrebbero portare a una riduzione dei costi del carburante per le compagnie aeree, rendendo i voli più accessibili e riducendo il loro impatto ambientale. Inoltre, potrebbe portare a una riduzione delle bollette dell'elettricità, poiché le centrali elettriche diventano più efficienti e richiedono meno manutenzione.
“Questa ricerca, che utilizza un approccio combinato di teoria e sperimentazione, spinge i confini di ciò che è possibile fare nella scienza dei materiali. Abbiamo preso un materiale ampiamente utilizzato e scoperto un nuovo meccanismo per manipolare le sue proprietà ottiche, permettendoci di ripensare il modo in cui affrontiamo la gestione del calore, soprattutto a temperature estreme. È un passo avanti non solo per l'efficienza delle turbine, ma per l'intero campo dei materiali per alte temperature. Questo lavoro apre eccitanti possibilità per i rivestimenti termici, ambientali e, ora, per i rivestimenti barriera alle radiazioni in tutti i settori, dai sistemi energetici alla produzione avanzata, dove il controllo di precisione del calore è fondamentale per l'innovazione,” ha aggiunto il professor Prasanna Balachandran, coautore del Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria dell'UVA.
Inoltre, questa scoperta è molto promettente per prolungare la durabilità delle infrastrutture critiche. Migliorando la gestione del calore, potrebbe ridurre l'usura delle turbine e ridurre le costose riparazioni e i tempi di inattività nella produzione di energia. Lo studio, che ha integrato misure sperimentali con una modellazione computazionale avanzata, ha identificato bande di assorbimento ottico cruciali nella zirconia stabilizzata con ittrio sostituito dal ferro. Queste conoscenze possono aiutare gli ingegneri a ottimizzare le prestazioni delle turbine, gettando le basi per futuri progressi nella scienza dei materiali e, in ultima analisi, per aumentare l'affidabilità e l'efficienza delle infrastrutture energetiche vitali.