Centrali elettriche alimentate con combustibili fossili a basse emissioni

Riuscire a soddisfare la crescente domanda mondiale di energia in modo sostenibile è una delle principali sfide del XXI secolo. Anche se aumentare l’uso di fonti energetiche rinnovabili come l’eolico e il solare è un obbiettivo importante, tali sistemi a causa della loro natura variabile non possono rimpiazzare completamente l’utilizzo dei combustibili fossili.

Gli scienziati finanziati dall’UE che lavorano al progetto Z-ULTRA (Z phase strengthened steels for ultra-supercritical power plants) intendono ottenere questo risultato consentendo delle temperature elevate attraverso un miglioramento della resistenza degli acciai alla degradazione. In particolare, la ricerca si concentra sulle operazioni di sviluppo e qualifica di una nuova lega di acciaio con cromo al 12 %.

Gli acciai con un contenuto di cromo del 9 % storicamente hanno consentito di aumentare la temperatura del vapore principalmente a causa della precipitazione di piccole particelle di nitruri. Tuttavia, aumentare il contenuto di cromo fino al 11-12 % ha portato alla nociva precipitazione della termodinamicamente stabile fase Z a danno delle desiderate piccole particelle di nitruri.

Invece di contrastare la crescita delle particelle legate alla fase Z, i ricercatori di Z-ULTRA intendono sfruttarle come agente di rinforzo. Per fare questo, essi devono identificare le composizioni chimiche e i trattamenti termici che portano alla loro nucleazione controllata e a ridotti tassi di ingrossamento del grano.

Attualmente il team sta testando tre nuove composizioni della lega e trattamenti termici attraverso una serie di esperimenti su nanoscala sviluppati nell’ambito del progetto. Inoltre, le analisi computazionali basate sulla meccanica quantistica (teoria del funzionale della densità) stanno indicando strutture ottimizzate e sequenze di stratificazione delle leghe che faciliteranno la nucleazione della fase Z. Il lavoro teorico è supportato da una modellazione termodinamica e cinetica completata da misurazioni sperimentali.

Sono stati prodotti dei dimostratori che attualmente vengono sottoposti a test di scorrimento viscoso, corrosione e ossidazione. I ricercatori hanno intenzione di produrre un acciaio resistente al calore che consentirà un’efficienza termica delle centrali elettriche alimentate con combustibili fossili superiore al 50 %, un valore che è del 30 % più elevato rispetto allo standard attuale nella maggior parte delle centrali elettriche esistenti. Esso ridurrà di conseguenza le emissioni di anidride carbonica, fornendo un contributo inestimabile alla salute del pianeta.