Un chip in silicio per convertire il calore disperso in energia elettrica

Strutture in silicio dell’ordine di grandezza di nanometri (nanostrutture) e integrabili su chip che funzionano da generatori termoelettrici, convertendo direttamente il calore in energia elettrica. La novità arriva da un team di ingegneri elettronici del dipartimento di ingegneria dell'Informazione dell'Università di Pisa, che hanno pubblicato due lavori su riviste internazionali, dimostrando la validità di una tecnologia basata su un materiale, come il silicio, biocompatibile e non inquinante (si ricava a partire dalla sabbia) per la produzione di "green energy".

“Siamo riusciti a produrre un chip in silicio nanostrutturato che produce energia elettrica - spiega Giovanni Pennelli, docente di elettronica al DII e coordinatore del gruppo di ricerca - In genere, i chip di silicio consumano energia per svolgere delle attività, come fare conti (microprocessori), trasmettere informazioni (i chip del telefono cellulare), misurare delle grandezze (sensori di temperatura, pressione, ...), ed hanno bisogno di essere alimentati. Il nostro dispositivo, su chip come tutti gli altri, aggiunge il tassello mancante: invece che consumare energia, la produce sfruttando una superficie calda (corpo umano, termosifone, altri dispositivi che si riscaldano) e può alimentare gli altri dispositivi senza utilizzare le batterie che sono costose, hanno bisogno di ricarica ed inoltre alla fine del ciclo produttivo devono essere riciclate-ricondizionate per non inquinare.

“Il nostro dispositivo - aggiunge Elisabetta Dimaggio, ricercatrice di elettronica al DII - funziona ovunque ci sia elettronica da alimentare a bassa potenza, per esempio con nodi sensori, e potrebbe essere un elemento importantissimo per abbattere costi e inquinamento in contesti industriali. Inoltre, il dispositivo termoelettrico si potrebbe usare anche per raffreddare le superfici, quindi non solo come generatore ma anche integrato in sistemi che si riscaldano durante il funzionamento, come enormi data center". La ricerca è stata condotta in collaborazione con IMB-CNM, CSIC di Barcellona, ed è apparsa sulla rivista “Small”.

Da anni, il gruppo di ricerca del DII studia l’uso del silicio per la produzione di energia elettrica. In una ricerca svolta in collaborazione con le Università di Warwick e di Milano-Bicocca, pubblicata sulla prestigiosa rivista “Nano Energy” i ricercatori hanno dimostrato che l’efficienza del silicio nel produrre energia può essere quasi triplicata rispetto a quanto supposto finora.

“Siamo riusciti a dimostrare che le tecniche di nanostrutturazione del silicio- spiega Antonella Masci, dottoranda al DII e prima autrice dell’articolo su Nano Energy- consentono non solo di ridurre la conducibilita’ termica, con un notevole beneficio dell’efficienza di conversione termica-elettrica, ma anche di produrre molta energia partendo dal calore di scarto.”

“La ricerca che sfrutta le proprietà di alcuni materiali per produrre energia green - commenta Sergio Saponara, Direttore del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione - è fondamentale per fornire alle aziende gli strumenti per una transizione digitale secondo i principi richiesti dalle trasformazioni dell’industria 5.0, che devono avere al centro persone e ambiente. Il laboratorio FoReLab del Dipartimento, dedicato proprio alle tecnologie chiave per il 5.0, ha tra i suoi filoni più importanti quello del lavoro su una nuova generazione di dispositivi e sistemi ICT riconfigurabili, adattivi ed ecologici che sfruttano architetture innovative e materiali nanostrutturati pr adattare la loro applicazione e ottimizzare le loro prestazioni sulla base delle condizioni di utilizzo, dei contesti industriali e delle applicazioni emergenti”.