Potenzialità, limiti, sfide e prospettive dell’applicazione di materiali ceramici innovativi in sistemi di microturbine a gas e/o ORC di taglia medio/piccola

Al giorno d’oggi la produzione di energia in maniera più efficiente, con consumi ed emissioni inquinanti ridotti, è diventata una prerogativa sempre più importante per i moderni impianti industriali. Per questo motivo il presente lavoro di tesi si occupa di analizzare nel dettaglio una soluzione innovativa per uno dei principali componenti dell’impianto, ovvero la turbina. Da essa, infatti, dipendono il rendimento generale dell’impianto, i consumi e le emissioni inquinanti che vengono erogate nell’ambiente esterno. Un forte limite della massima efficienza raggiungibile dalle turbine è la temperatura massima che queste possono sopportare se realizzate con materiali metallici a causa della loro sensibilità al calore; perciò, è stata studiata come alternativa l'implementazione dei materiali compositi in ceramica all’interno della macchina, sostituendo i metalli più comunemente utilizzati. L’elaborato analizza in dettaglio questi materiali mettendone in evidenza le proprietà meccaniche e le caratteristiche, così come i limiti e gli svantaggi; analizza i principali processi produttivi utilizzati per realizzare i componenti nelle turbine, confrontando soluzioni più tradizionali con processi innovativi e ancora in fase sperimentale, ma con forti potenzialità; e mette a confronto direttamente le prestazioni di modelli simili di turbine e impianti ORC realizzati in materiale metallico e in materiale ceramico, analizzando in particolare alcuni elementi della turbina principalmente responsabili del rendimento e dei consumi della macchina. La presente attività di tesi ha l’obiettivo di mettere in evidenza quali sono i vantaggi, i limiti e le sfide rispetto all’utilizzo dei materiali ceramici in impianti ORC con microturbine a gas di piccola-media taglia, facendo anche alcune considerazioni sulle prospettive future di questa applicazione nel breve e nel medio-lungo termine.