La tecnologia potrebbe col tempo aiutare fabbriche, veicoli e dispositivi elettronici a recuperare l'energia che attualmente va perduta. Le fabbriche di tutto il mondo rilasciano enormi quantità di calore nell'ambiente. Fonderie di acciaio, impianti chimici, motori di veicoli e apparecchiature elettroniche generano tutti temperature che rappresentano un'energia potenzialmente recuperabile.
Ora i ricercatori in Giappone hanno riportato un progresso sorprendente: un materiale termoelettrico la cui misura chiave delle prestazioni è migliorata di circa 250 volte in seguito all'aggiunta di una piccola quantità di titanio. La scoperta, pubblicata nel Journal of Materials Chemistry A il 12 ottobre 2026 e messa in risalto a livello internazionale dalla Tohoku University il 29 ottobre, potrebbe aprire nuove possibilità per convertire il calore di scarto industriale in elettricità.
Da 1 a 250 — cosa è migliorato effettivamente?
Gli scienziati hanno studiato il nitruro di cromo, un materiale che può essere depositato sotto forma di film estremamente sottili. Aggiungendo titanio in concentrazioni variabili dal 4,6% al 9,3% degli atomi, hanno ridotto i difetti nella struttura cristallina del materiale e migliorato sostanzialmente il movimento degli elettroni.
La mobilità degli elettroni è aumentata di circa due ordini di grandezza — all'incirca un fattore di 100. Il materiale risultante ha raggiunto un fattore di potenza termoelettrica di 5,26 microwatt per centimetro per kelvin quadrato, circa 250 volte quello del nitruro di cromo non trattato.
Il fattore di potenza misura l'efficacia con cui un materiale può generare energia elettrica da una differenza di temperatura in condizioni comparabili. È importante sottolineare che ciò non significa che una fabbrica che utilizza il materiale recupererebbe improvvisamente 250 volte più elettricità. Le prestazioni nel mondo reale dipendono anche dal flusso di calore, dalla geometria del dispositivo, dalla conduttività termica e dalle condizioni operative. Ciononostante, il miglioramento è notevole per un materiale prodotto senza il trattamento ad alta temperatura richiesto da molte tecnologie concorrenti.
Un generatore funzionante — ma ancora microscopico
Il team giapponese è andato oltre le misurazioni di laboratorio costruendo un piccolo generatore termoelettrico su vetro. Con una differenza di temperatura di 96 kelvin — equivalente a una differenza di 96 gradi Celsius — il prototipo ha generato una potenza elettrica massima di 455,8 nanowatt. Ciò equivale a circa 0,000000456 watt.
Per fare un confronto, una lampada LED convenzionale da 10 watt consuma più di 20 milioni di volte quella quantità di energia. Il confronto illustra sia la promessa che gli attuali limiti della tecnologia. Il prototipo è un dispositivo sperimentale in miniatura, non un generatore industriale distribuibile commercialmente. I ricercatori hanno anche riportato una densità di potenza di 38 milliwatt per centimetro quadrato se normalizzata all'area della sezione trasversale del film sottile, un valore paragonabile a quello di alcuni materiali termoelettrici ad alte prestazioni.
Quella specifica misurazione non deve essere interpretata come produzione di elettricità per centimetro quadrato di parete di fabbrica o superficie simile a un pannello solare. Perché la produzione a temperatura ambiente è importante Molti materiali termoelettrici avanzati richiedono temperature elevate durante la produzione, aumentando la complessità della fabbricazione e limitando i substrati su cui possono essere depositati.
L'approccio giapponese utilizza lo sputtering reattivo per creare film a una temperatura approssimativamente ambiente. Questo rende potenzialmente il materiale adatto per l'elettronica, il vetro e altre superfici che non possono tollerare temperature di fabbricazione estreme. Potrebbe anche offrire opportunità nei sensori industriali e nei piccoli dispositivi che attualmente dipendono dalle batterie. I generatori termoelettrici hanno un altro vantaggio: a differenza delle turbine o dei motori convenzionali, non contengono parti meccaniche in movimento. Ciò li rende attraenti per applicazioni in cui l'accesso per la manutenzione è difficile o l'affidabilità è fondamentale. Quanta energia potrebbe recuperare l'industria?
Consideriamo un sistema industriale che rilascia 100 megawatt di calore di scarto.
Se una futura tecnologia di recupero energetico potesse convertire solo il 5% di quel calore in elettricità, il risultato sarebbe di 5 megawatt di potenza elettrica. Operando continuamente, ciò produrrebbe circa 43,8 gigawattora all'anno — sufficienti per rifornire circa 12.000 famiglie che consumano 3.650 chilowattora all'anno. Questo è un calcolo illustrativo, non una dichiarazione sulle prestazioni del film sperimentale della Tohoku University. Raggiungere tale produzione richiederebbe progressi ingegneristici e una dimostrazione su una scala vastamente più ampia dell'attuale prototipo.
La prossima sfida: la scala commerciale
I ricercatori devono ora affrontare i costi di produzione, la durata, l'efficienza termica e la difficoltà di combinare un gran numero di dispositivi microscopici in generatori utili. Le loro scoperte dimostrano comunque che modificando attentamente la struttura atomica di un materiale è possibile sbloccare miglioramenti delle prestazioni precedentemente considerati difficili da ottenere.
Per le economie ad alta intensità energetica come Germania, Giappone, Cina e Corea del Sud, le tecnologie in grado di recuperare l'energia industriale sprecata potrebbero col tempo ridurre i costi operativi e le emissioni. Il miglioramento di 250 volte non è ancora una rivoluzione energetica. Ma fornisce una nuova strada per trasformare una piccola parte degli enormi flussi di calore di scarto del mondo in elettricità utile.
