Dalle proprietà su nano scala al funzionamento su larga scala

Soddisfare la domanda globale di energia in modo sostenibile è una delle sfide più pressanti del XXI secolo. La tecnologia CSP è destinata a soddisfare fino al 7 % dei bisogni globali di energia entro il 2030 e fino a un quarto del totale entro il 2050. Tuttavia, gli attuali collettori solari cilindro parabolici per i sistemi CSP operano a circa 400 gradi Celsius, mentre è necessario che i nuovi progetti per una maggiore efficienza funzionino per 20/25 anni a quasi 600 gradi Celsius.

Il progetto NECSO (Nanoscale enhanced characterisation of solar selective coatings), finanziato dall’UE, sta sviluppando gli strumenti necessari per garantire che i rivestimenti ad assorbimento selettivo raggiungano questo obbiettivo. I rivestimenti solari selettivi sono composti da quattro strati di materiale (anti-riflesso, assorbente, riflettore infrarosso e anti-diffusione) applicati con grandi macchinari su diversi metri quadrati di substrato. Tuttavia, le prestazioni di questi film di ampie dimensioni dipendono notevolmente da proprietà su nano scala quali ruvidità, durezza, struttura cristallina, composizione e spettro vibrazionale.

I ricercatori stanno sviluppando degli strumenti per valutare le proprietà su nano scala e metterle in relazione con le prestazioni ottiche e l’aspettativa di vita. Il lavoro è supportato dallo sviluppo di protocolli di caratterizzazione e degradazione. Questi sono mirati non solo alla previsione dell’aspettativa di vita, ma anche a facilitare i test per ampliare le condizioni di funzionamento per quanto riguarda temperatura e ambiente generale, per un’efficienza più elevata senza degradazione.

Durante il primo periodo di presentazione, i rivestimenti assorbenti solari stratificati sono stati sviluppati e depositati su piccoli campioni piatti e cilindrici con un sistema a spruzzamento di deposizione fisica da vapore (PVD). Il sistema PVD è in grado di coprire tubi di 4 metri, l’obbiettivo ultimo per la dimostrazione finale di questa tecnologia. In parallelo, gli scienziati hanno sviluppato e fabbricato un sistema di invecchiamento termico per eseguire test di invecchiamento sui campioni cilindrici con temperature e composizioni del gas molto ben controllate. Quest’ultimo valuterà gli effetti dell’esposizione all’acqua e all’ossigeno.

I rivestimenti stanno adesso subendo delle rigorose campagne di test. Per mettere in relazione la degradazione termica con le prestazioni ottiche sono stati calcolati i valori della selettività solare ed è stato effettuato l’invecchiamento termico con varie temperature. Il team ha inoltre applicato alcune tecniche spettroscopiche nel tentativo di identificare le bande spettrali associate alla degradazione che potrebbero essere usate come indicatori di degradazione. Infine, i campioni sono stati anche sottoposti a prove tribologiche e meccaniche per valutare proprietà quali adesione, usura, e resistenza ai graffi.

Ci si aspetta che la tecnologia di NECSO supporti lo sviluppo di migliori rivestimenti assorbenti solari per accrescere le efficienze e aumentare la durata dei progetti di prossima generazione. Un’adozione diffusa potrebbe avere un grosso impatto sulle emissioni globali e sul cambiamento climatico, creando allo stesso tempo nuovi posti di lavoro e migliorando l’economia dell’UE.