DISA UniBg | Workshop Sostenibilità - Energia pulita e accessibile per la transizione ecologica

TRANSIZIONE ENERGETICA: ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE

WORKSHOP SULLA SOSTENIBILITÀ Seconda Edizione SEDE Aula Magna Scuola di Ingegneria

DATA 9 giugno 2023

TRILEMMA ENERGETICO Accessibilità Contrasto alla povertà energetica

Affidabilità Generazione vs Utilizzo

Sostenibilità Energia da fonti Rinnovabili Risparmio e Recupero

TRANSIZIONE ENERGETICA: ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE Transizione

Presente

Fossile Solare

Eolico

Idro

Solare

Eolico

Idro

Futuro

Fossile Stoccaggio

TRANSIZIONE ENERGETICA: ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE Transizione

Presente

Fossile Solare

e-

Eolico

Solare

Eolico

Futuro

Idro

Fossile Stoccaggio

Accumulo

-C +H

Idro

Elettrone

Molecola

TRANSIZIONE ENERGETICA: ROADMAP DISA OBIETTIVI

METODI

COMUNITÀ ENERGETICHE RINNOVABILI Sviluppo di schemi di autoconsumo condiviso § Condivisione virtuale dell’energia elettrica § Autoconsumo condiviso e bilanciamento del sistema

§ § § §

Analisi Simulazione Progettazione Ottimizzazione

e-

MOBILITÀ ELETTRICA Progettazione di motori ad alte prestazioni e affidabilità § § § §

Sviluppo di motori ad alta densità di potenza Sistemi innovativi di raffreddamento Cicli di invecchiamento accelerati Modelli predittivi di vita basati su approccio numerico-sperimentale

e-

CONTROLLO IMPATTO AMBIENTALE Schermatura di radiazioni elettromagnetiche Materiali schermanti sottili e stratificabili, integrabili nei pannelli già presenti in commercio nel settore dell’edilizia.

e-

AZIONAMENTI MECCANICI Gestione e controllo di attuatori idraulici Selezione ed utilizzo di attuatori e dei loro sistemi di controllo per la riduzione della richiesta energetica.

Sistemi digitali: § Metodologie innovative di controllo e gestione § Riduzione carbon footprint § Risparmio energetico

e-

SISTEMI DI ENERGY STORAGE Sviluppo e ottimizzazione di sistemi di stoccaggio § Immagazzinare l’elettricità e renderla disponibile quando c’è maggiore necessità. § Stoccaggio come elemento di stabilizzazione della rete.

Accumulo Elettrochimico

Compressed Air Storage

Flywheel Energy Storage

Dispositivo elettrochimico per accumulare e scaricare energie elettrica in rete.

(CAES) Raccolgono l'energia nelle ore non di punta comprimendo l'aria in camere sotterranee.

L'energia viene accumulata in modalità meccanica e rilasciata tramite inverter.

SISTEMI DI ENERGY STORAGE Sviluppo e ottimizzazione di sistemi di stoccaggio Progetto DES-Park (Digital Energy Storage Park): progetto finanziato dal PNRR (Bando Infrastrutture), capofila LEAP-Politecnico di Milano.

Accumulo idraulico

Accumulo termico

Accumulo chimico

Accumulo tramite pompaggio di acqua in bacini e serbatoi.

Termoclini per reti di teleriscaldamento/teleraffrescamento e accumuli tramite pompe di calore.

Sintesi di catalizzatori reversibili per celle a combustibile / elettrolizzatori.

LA FILIERA DEL GREEN HYDROGEN Sviluppo e ottimizzazione della filiera § Rinnovabile non-programmabile. § Accumulo a lungo termine. § Strategia Load-following. § Smart grid bilanciate e autonome.

-C +H

-C +H

LA FILIERA DEL GREEN HYDROGEN Compatibilità dei materiali con l’idrogeno L’idrogeno è in grado di penetrare in diversi materiali

Particolarmente importanti sono i fenomeni di Environmental Assisted Cracking

§ In forma molecolare nei materiali polimerici. § In forma atomica (dopo dissociazione della molecola) nei materiali metallici.

§ Azione sinergica dell’ambiente promotore (idrogeno) e della sollecitazione applicata. § Formazione di cricche e possibile cedimento del materiale sollecitato.

H H

H

Materiale suscettibile <

ad

H

< EAC

H

ad

Materiali polimerici

H2

Metalli

< Sollecitazione

-C +H

COMBUSTIBILI SINTETICI Sviluppo di elettrodi per sintesi elettrochimica di idrocarburi

Sintesi di alcani per elettrolisi dei sali degli acidi carbossilici.

Ad esempio l’ossidazione anodica dell’anione carbossilato a radicale che poi dimerizza ad alcano.

IDROCARBURI SINTETICI

BIOMASSE / SCARTI

ELETTROSINTESI

COMBUSTIONE EFFICIENTE E A BASSO IMPATTO

-C +H

Riduzione delle emissioni inquinanti da combustione Ricerca di base nei processi di atomizzazione dei carburanti liquidi (spray)

Ottimizzazione dei sistemi di iniezione diretta dei carburanti

cavitation (vapour volume fraction)

0.15

0.85

Progetto Droplet Interaction Technologies

RECUPERO ENERGETICO DA PROCESSI INDUSTRIALI

-C +H

Modellazione e ottimizzazione dei sistemi di recupero di energia Processi con emissione in atmosfera di gas a temperatura medio/alta Produzione energia elettrica/termica/ frigorifera da calore residuo in processi industriali: § Cemento § Vetro § Metalli ferrosi e non

Conceptual design

-C +H

TRATTAMENTO E CONTROLLO DELLE EMISSIONI

Ottimizzazione di prodotti e processi: riduzione impatto ambientale Simulazioni ad alta fedeltà di processi di trasporto e diffusione Industrial CFD

HiFi-CFD

Fenomeni multi-scala

Interazione fra fluidi incomprimibili immiscibili

Zone di transizione e separazione e rumore aerodinamico

-C TRATTAMENTO E CONTROLLO DELLE ACQUE +H

Sviluppo di fotocatalizzatori per la degradazione di microinquinanti § Fotocatalizzatori tradizionali: Lampade UV – costose ed energivore § Fotocatalisi con luce solare: Risparmio Energetico Trattamento di inquinanti: sostanze biologicamente attive, specialmente farmaci, rilevate in basse concentrazioni nelle acque reflue, ed arsenico dalle acque di falda.

PROCESSO FOTOCATALITICO MEDIATO DA LUCE VISIBILE

ARSENICO

INQUINANTI ORGANICI

ACQUA PURA

FOTOCATALIZZATORE SU SCHIUMA CERAMICA

DISA: METODOLOGIE DI RICERCA Modellistica e analisi numerica

Interazione urto/stratolimite Modellazione e ottimizzazione di sistema e di componente

DISA: METODOLOGIE DI RICERCA Indagine sperimentale LABORATORI AD ALTO CONTENUTO TECNOLOGICO Analisi 3D con microtomografia a raggi X Gallerie del vento per test termo-aerodinamici

Caratterizzazione di sistemi multifase

Testing raffreddamento motori elettrici

Effetto della microstruttura sulle proprietà meccaniche e sulla resistenza alla corrosione

Sintesi e Caratterizzazione di Nuovi materiali per applicazioni energetiche, ambientali ed edilizie Analisi Non Distruttive – Diffrazione di Raggi X

DISA: LE COMPETENZE PER GUIDARE LA TRANSIZIONE Chimica Fisica tecnica Fluidodinamica Macchine a fluido Macchine elettriche Scienza dei materiali Sistemi energetici

Il futuro è adesso