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Le industrie ingegneristiche ed energetiche devono affrontare la sfida delle risorse naturali limitate, del riscaldamento globale e del grave inquinamento atmosferico.
Negli ultimi anni il plasma freddo ha attirato una grande attenzione grazie a molte caratteristiche interessanti, come l’alta efficienza, la non inquinabilità, l’adattabilità a tutti i combustibili e l’assenza di rischi di disastri nucleari.
Ma qual è il futuro del plasma freddo nei settori della conversione, dell’accumulo e della distribuzione dell’energia?
Come funzionano e come potrebbe sostituire o integrare le tecnologie esistenti?
Il plasma freddo ha molte applicazioni potenziali nell’industria energetica, come ad esempio:
I plasmi freddi sono spesso erroneamente considerati freddi, ma in realtà sono un concentrato di energia. Svolgono un ruolo cruciale nel convertire l’energia, immagazzinarla e distribuirla ad altri utenti.
Per l’industria energetica, l’uso dei plasma freddo è stato previsto come una delle applicazioni più promettenti per il futuro.
Questo processo può essere utilizzato per produrre idrogeno che può essere usato come carburante per le automobili o altri veicoli.
Il futuro del plasma freddo è legato ad un’ampia gamma di applicazioni nella produzione e distribuzione di energia. Infatti, il plasma offre molti vantaggi rispetto ai metodi di riscaldamento tradizionali, come:
Più avanti vedremo alcune delle applicazioni promettenti dei plasmi freddi per la conversione, l’immagazzinamento e la distribuzione di energia.
Uno degli usi più promettenti del plasma freddo è la conversione del calore in elettricità. Già nel 1960 questo processo era stato sperimentato ma solo di recente è stato trovato il metodo per utilizzarlo in modo sufficientemente efficace anche su applicazioni pratiche.
Oggi, sono diverse le aziende che lavorano a nuove tecnologie per convertire il calore in elettricità con il plasma freddo. Alcune di queste tecnologie sono ancora in fase di sviluppo, mentre altre sono già in fase di sperimentazione su scala industriale.
Una di queste aziende è Cool Power Systems (CPS), che ha sviluppato un metodo per convertire il calore di scarto in elettricità pulita utilizzando la tecnologia al plasma.
In termini di conversione energetica, è stato dimostrato che i plasmi freddi sono molto efficaci nel convertire il calore di bassa qualità in elettricità.
La tecnologia al plasma freddo potrebbe quindi essere utilizzata per catturare il calore di scarto dei processi industriali, come quelli che producono acciaio o cemento, e convertirlo in elettricità.
Ciò consentirebbe a queste industrie di ridurre le emissioni di CO2 utilizzando il calore di scarto in modo più efficiente e potrebbe anche contribuire a ridurre i costi energetici.
Nel mondo sono oltre 2 miliardi le persone che non hanno accesso all’elettricità. La maggior parte di queste persone vive in aree rurali, senza energia elettrica costante.
La tecnologia al plasma freddo è un metodo economicamente vantaggioso per convertire scarti in una fonte di energia sicura, pulita e sufficientemente abbondante per alimentare sia i Paesi sviluppati che quelli in via di sviluppo.
La tecnologia al plasma freddo può essere utilizzata per convertire l’energia eolica e solare in elettricità attraverso un processo chiamato fotocatalisi, che utilizza la luce per scomporre l’acqua in idrogeno e ossigeno.
Questo processo è attualmente sviluppato dall’Università di Cambridge e dall’Imperial College di Londra in collaborazione con partner industriali. Il team spera che un giorno sarà possibile utilizzare i plasmi freddi per produrre idrogeno pulito dalla luce solare e dall’acqua in modo economicamente vantaggioso.
Per immagazzinare energia come plasma freddo, è necessario comprimerla (cioè aumentare la pressione) fino a raggiungere una densità elevata. Più alta è la densità del plasma, più energia può essere immagazzinata per metro cubo di volume (o di massa).
Per comprimere gas o liquidi in plasmi a temperatura ambiente o a pressioni inferiori, si utilizzano tensioni elevate su elettrodi posti all’interno del liquido o del gas.
Tuttavia, il futuro del plasma freddo come dispositivo di accumulo dell’energia è incerto, a causa degli alti costi di sviluppo. I ricercatori stanno esplorando modi per ridurre i costi e rendere possibili nuove applicazioni per i sistemi di accumulo di energia al plasma freddo.
La tecnologia al plasma freddo potrebbe essere utilizzata anche per creare batterie migliori per i veicoli elettrici (EV). In questo caso, i plasmi freddi verrebbero utilizzati come additivo durante la produzione per migliorare le prestazioni della batteria, riducendo la resistenza interna e migliorando la conduttività tra gli elettrodi della batteria.
Ciò significa che i veicoli elettrici sarebbero in grado di viaggiare più a lungo per ogni carica rispetto a quanto fanno attualmente.
Allo stesso modo, i plasmi freddi potrebbero essere utilizzati per generare elettricità dall’energia solare.
I plasmi freddi emettono ioni che possono essere accelerati da un campo elettrico; questo genera una corrente che può essere utilizzata per generare elettricità. Collocando un plasma freddo tra due pannelli solari, il sistema può essere utilizzato per raccogliere l’energia solare in modo più efficiente rispetto al solo fotovoltaico convenzionale.
Notevolmente interessante, è il futuro del plasma freddo nella superconduttività ad alta temperatura. I superconduttori sono materiali che presentano una resistenza elettrica nulla quando vengono raffreddati al di sotto di una certa soglia di temperatura; questa proprietà consente ai dispositivi superconduttori di funzionare senza alcuna perdita di potenza o dissipazione di energia.
Oltre ad avere potenziali applicazioni nelle linee di trasmissione di energia, i magneti superconduttori possono essere utilizzati anche per i reattori a fusione nucleare e per i treni maglev (levitazione magnetica).
I superconduttori sono estremamente difficili da realizzare perché richiedono temperature estremamente basse: solo un elemento su 10 milioni presenta superconduttività a temperatura ambiente. Tuttavia, i plasmi freddi possono facilitare la creazione di questi materiali abbassando la loro temperatura critica.
I plasmi freddi hanno molti usi potenziali nella scienza dell’energia di fusione, tra cui:
I plasmi freddi, invece, potrebbero consentire temperature più basse e quindi contenitori più piccoli, riducendo i costi associati alla costruzione di reattori a fusione e di veicoli spaziali in grado di percorrere lunghe distanze.
Questa tecnica è nota come radiolisi ed è stata dimostrata in diversi centri di ricerca negli ultimi decenni con vari gradi di successo. La radiolisi consente la decontaminazione di rifiuti come le barre di combustibile esaurito che contengono alti livelli di radioattività.
L’industria energetica è responsabile dell’alimentazione delle case e delle aziende del nostro Paese. Con l’aumento della domanda, da parte di una popolazione sempre più numerosa, è necessario inventare rapidamente nuovi modi di creare, immagazzinare e distribuire l’energia.
Per mantenere i mercati energetici competitivi e i prezzi bassi, sono state create tecniche innovative come il processo al plasma freddo per migliorare l’efficienza del settore. La tecnologia al plasma freddo è un’alternativa in evoluzione che ha un futuro promettente nell’industria energetica.
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