Energia: da ENEA materiali ceramici hi-tech per stufe più performanti e meno inquinanti

ENEA ha realizzato un prototipo di braciere in materiale ceramico per stufe a pellet, in grado di ottimizzare il processo di combustione per la produzione di calore e ridurre le emissioni inquinanti. A metterlo a punto con stampa 3D, il Laboratorio di Tecnologie dei materiali Faenza nell’ambito del programma di Proof of Concept (PoC) promosso dall’Agenzia per incrementare il trasferimento di tecnologie innovative alle imprese e ridurre il divario tra i risultati della ricerca e il loro potenziale utilizzo/commercializzazione.

“Questo progetto ci ha consentito di mettere a punto processi, materiali e tecnologie all’avanguardia che potremo applicare per progettare e realizzare nuovi componenti dalle forme complesse e dalle elevate proprietà chimico-fisiche e termomeccaniche, come ad esempio bruciatori e microturbine per la produzione di energia, ma anche per i settori automotive e aerospazio”, spiega Alessandra Strafella, ricercatrice del Laboratorio ENEA di Tecnologie dei Materiali Faenza.

“I bracieri sono tra i componenti più studiati per ottimizzare le prestazioni delle stufe, tenuto conto che sono sottoposti alle condizioni operative più gravose. Devono avere, infatti, notevoli proprietà termomeccaniche per mantenere la loro forma nelle condizioni di utilizzo, come la resistenza agli shock termici, all’usura e all’ossidazione” aggiunge Strafella.

I bracieri in ghisa più diffusi in commercio non consentono un aumento significativo della temperatura di esercizio in quanto hanno il limite della temperatura di fusione. L’elevata resistenza termomeccanica, chimica e all’usura dei materiali ceramici tecnici garantisce al braciere condizioni di funzionamento più costanti ad alte temperature[1], ma finora gli elevati costi di produzione hanno limitato la loro diffusione su larga scala.

“Nel nostro laboratorio siamo riusciti a superare questo limite grazie alla stampa 3D, che permette di ottenere componenti dalla geometria complessa minimizzando la quantità di materiale necessario per la formatura, le lavorazioni meccaniche post-processo, i tempi di realizzazione e, infine, il consumo di energia in quanto la produzione del componente avviene a temperatura ambiente, rendendo l’intero processo altamente sostenibile”, conclude la ricercatrice ENEA.

Nel dettaglio, la prima fase della sperimentazione ha previsto l’individuazione di un materiale ceramico avanzato - la tialite (titanato di alluminio)- con un’elevata resistenza allo shock termico (proprietà fondamentale per le fasi di accensione e di spegnimento del braciere). Il team ENEA ha poi sviluppato una pasta ceramica a base acquosa, ottimizzata per ridurre al minimo l’utilizzo di additivi organici e renderla compatibile con la tecnologia di stampa 3D. Il disegno CAD del braciere è stato poi fornito dall’azienda partner del progetto, Palazzetti Lelio spa, specializzata in sistemi di riscaldamento domestico a biomassa legnosa, che ha anche testato il componente in condizioni reali di esercizio, ossia in una stufa a pellet.

[1] In linea teorica, il componente in materiale ceramico può arrivare ad altissime temperature (1500°C) che sarebbero impensabili per un analogo in metallo. Questa potenzialità del componente in ceramico è concretamente sfruttabile sia per innalzare la temperatura della stufa, migliorando i rendimenti e diminuendo le emissioni, sia in un’ottica di applicazione della tecnologia Additive Manufacturing e delle paste ceramiche per impianti di dimensioni maggiori come i gassificatori degli impianti a biomasse.