È stato recentemente approvato il progetto LoCoMoSa (Low Cost Molten Salt) per la riduzione delle emissioni di CO2 nell’industria e che vede coinvolta l’Italia, attraverso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Padova e la Ditta Seamthesis S.r.l, la Danimarca e la Germania. Il progetto mira a potenziare gli accumuli di energia rinnovabile mediante soluzioni innovative e rappresenta una proposta tecnologica concreta per gli obiettivi di decarbonizzazione previsti dal Green Deal della Comunità Europea; per l’Italia è finanziato dal MIMIT.
L’INFN Sezione di Padova sarà al centro del progetto contribuendo con la sua esperienza nell’additive-manufacturing per materiali metallici, cioè nella progettazione e produzione di dispositivi mediante l’uso di stampanti 3D.
Il Laboratorio DIAM (Development and Innovation on Additive Manufacturing for metals) della Sezione di Padova ricopre rilevanti incarichi di responsabilità per la progettazione e realizzazione di apparati nell’ambito della fusione nucleare e della tecnologia delle machine acceleratrici. La partecipazione al progetto LoCoMoSa rappresenta quindi un impegno concreto dell’INFN verso applicazioni di tipo prettamente industriale, in ambiti di grande interesse per il nostro Paese.
Sintesi del progetto: la produzione di TES per lo stoccaggio di energia termica da fonti rinnovabili
Il progetto LoCoMoSa si concentra sulla produzione di Thermal Energy Storage (TES) ovvero di sistemi di accumulo dell’energia rinnovabile, in particolare l’energia solare ed eolica, utilizzando sali fusi a medie ed elevate temperature.
La variabilità nella produzione di energie rinnovabili, strettamente legate a fattori naturali, è infatti una delle cause per cui il settore industriale rimane vincolato all’uso di energie derivanti da combustibili fossili che, al contrario, garantiscono un rifornimento più costante.
Con questo progetto s’intende quindi rispondere alle esigenze di alcuni settori industriali “energivori”, quali quello della carta, degli alimenti e delle bevande, che necessitano di una continua disponibilità energetica, permettendo inoltre di ridurre l’impatto ambientale attraverso soluzioni sostenibili.
Al fine di coinvolgere le aziende e dimostrare le potenzialità economiche, di innovazione e di sostenibilità ambientale di quanto si sta elaborando con LoCoMoSa, sono previste diverse iniziative di dissemination rivolte in particolare ai succitati settori industriali e piani di divulgazione scientifica per il pubblico generico.
Dettagli del lavoro della Sezione di Padova: innovazione ambientale attraverso l’additive-manufacturing
La Sezione INFN di Padova sarà responsabile della progettazione del “generatore di vapore” (steam generator) utilizzando la tecnologia dell’additive-manufacturing. Questo approccio innovativo consente la realizzazione di nuove geometrie che ottimizzano lo scambio termico, minimizzando l’utilizzo del materiale, massimizzando di conseguenza l’efficienza del sistema di scambio e riducendone al minimo le zone morte. La realizzazione dello scambiatore non richiederà l’utilizzo di giunzioni saldate tra le parti (fascio tubiero, alette di scambio termico e serbatoio di contenimento), ma permetterà di realizzare il generatore di vapore in un unico elemento. Saranno quindi ridotti drasticamente i costi per la produzione e per la manutenzione, utilizzando solo la minima quantità di materia prima necessaria, garantendo la sostituzione delle apparecchiature in modo molto rapido.
Lo stoccaggio di energia rinnovabile verrà quindi realizzato garantendo costi bassi, alta efficienza e funzionamento flessibile. A seconda del settore industriale e della potenza richiesta, l’energia potrà essere accumulata per un periodo variabile tra poche ore ad una settimana.
A dimostrazione del raggiungimento dei risultati sono inoltre previsti test per dimostrare l’efficacia del prototipo e l’integrazione con il sistema TES.
L’Impegno dell’INFN nello sviluppo sostenibile
Il progetto LoCoMoSa rappresenta una collaborazione internazionale rilevante per affrontare le sfide ambientali e promuovere un futuro industriale più sostenibile.
Ancora una volta l’INFN, grazie alla sua esperienza in ambito scientifico e nella realizzazione di tecnologie innovative, è protagonista di nuove sfide nel settore industriale, dimostrando il suo interesse e l’impegno nel contribuire allo sviluppo sostenibile.
Approfondimenti
Processo di produzione additiva
L’Additive Manufacturing (AM), o manifattura additiva, è la tecnologia produttiva di oggetti e dispositivi che avviene “strato per strato” utilizzando la materia prima in forma di polvere, filo o fogli solo dove necessario e riducendo al massimo lo scarto prodotto.
L’AM, conosciuta anche come stampa 3D, può essere considerata una tecnologia complementare al più tradizionale processo sottrattivo. In quest’ultimo la produzione di oggetti avviene rimuovendo materiale scarto da un blocco di materia prima.
Il concetto principale alla base di questa tecnologia è che un modello creato con il CAD 3D può essere prodotto direttamente in un solo passaggio, rendendo possibile la produzione di geometrie complesse. Naturalmente tutto questo richiede precise competenze nell’uso dei dati CAD, il rigoroso rispetto di procedure della tecnologia AM e la conoscenza dei macchinari e dei materiali di stampa per realizzare l’oggetto desiderato.
Il processo di fusione LPBF usato a Padova
Il processo produttivo denominato in inglese Laser-Based Powder Bed Fusion (LPBF), usato presso il laboratorio DIAM della Sezione di Padova, è la tecnologia AM più diffusa a livello industriale per componenti metallici prodotti tramite manifattura additiva. Tale processo, come dice il nome stesso, basa la produzione strato per strato del componente sulla fusione del letto di polvere attraverso l’energia fornita da un laser.
l video che seguono mostrano il suo funzionamento.
In pratica il raggio laser esegue la scansione a una velocità controllata e fonde l’area selezionata del letto di polvere per lo strato specifico. Terminato quest’ultimo, il letto di polvere viene abbassato di uno spessore predeterminato e il dispositivo di distribuzione della polvere deposita un nuovo strato omogeneo di polvere. Una lama in silicone oppure metallica, o una spazzola in fibra, vengono utilizzati per trasportare e distribuire uniformemente la polvere in tutta l’area produttiva. La procedura viene poi ripetuta fino al completamento di tutte le sezioni.
