L’Agenzia per i progetti di ricerca avanzata ( ARPA-E ) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti , incaricata di promuovere tecnologie energetiche avanzate, ha assegnato alla Michigan State University una sovvenzione di $ 2,3 milioni per sviluppare un nuovo scambiatore di calore stampato 3D da utilizzare nella produzione di energia.
L’obiettivo di questo finanziamento è quello di utilizzare nuove leghe adatte alla produzione a base di polvere per produrre uno scambiatore di calore a piastre di tipo scalabile, compatto ea basso costo, resistente alla corrosione e alle alte temperature.
Scambiatori di calore a piastre utilizzano piastre di metallo per trasferire il calore tra due fluidi. Sono utilizzati in una moltitudine di sistemi, come le torri solari concentrate, i sistemi di energia nucleare e le fornaci a gas industriali.
Schema di uno scambiatore di calore a piastre. Immagine via Wikimedia Commons
L’applicazione della stampa 3D alla produzione di scambiatori di calore consente la libertà geometrica e l’efficienza strutturale. Air Liquide ha utilizzato la stampa 3D per creare un reattore pluripremiato con scambiatore di calore a struttura milli- ca utilizzato nella produzione di idrogeno. In un documento presentato all’ottava conferenza internazionale sull’energia applicata, i ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D PolyJet per creare pile più ecologiche per i frigoriferi. Inoltre, la tecnologia Conflux australiana è stata creata appositamente per realizzare centrali scambiatori di calore stampati in 3D, ha ricevuto un notevole investimento da AM Ventures nel 2017.
Tradizionalmente, gli scambiatori di calore hanno utilizzato l’acqua per trasferire il calore tra le piastre di metallo, tuttavia, il processo può essere molto più efficiente quando si utilizza CO 2 supercritica , uno stato di materia in cui fasi liquide e gassose sono indistinguibili.
A causa della stabilità termica superiore e della non infiammabilità della CO 2 supercritica , è possibile lo scambio di calore da sorgenti a temperature molto elevate. Tuttavia ciò richiede un’evoluzione di scambiatori di calore più compatti che possono funzionare a temperature vicine a 2000 ° F (1.093 ° C).
Commentando gli sforzi di MSU verso la creazione di un dispositivo del genere, Andre Benard, professore associato di ingegneria meccanica presso la Michigan State University, ha dichiarato: “I nuovi ed efficienti impianti di CO 2 immaginati da molti scienziati richiedono scambiatori di calore altamente efficienti. Stiamo spingendo i confini con questi nuovi sistemi metallici che possono funzionare ad alta pressione e ad alte temperature estreme “.
Aggiungendo: “Queste centrali rivoluzionarie richiedono meno energia termica per produrre energia elettrica, essere più compatte e ridurre i costi per i clienti e le società di servizi elettrici”.
Questo è il terzo investimento da diversi milioni di dollari che ARPA-E ha realizzato con scambiatori di calore stampati in 3D. Lo scorso mese il suo programma di scambio termico ad alta intensità attraverso materiali e processi produttivi (HITEMMP) ha contribuito alla creazione di un progetto da 2,5 milioni di dollari con GE , creando UPHEAT (Ultra Performance Heat Exchanger abilitato dalla tecnologia additiva.) Nel 2017 anche l’ Università del Wisconsin-Madison ha ricevuto $ 2,1 milioni dal programma ARPA-E per lo sviluppo di scambiatori di calore stampati in 3D per i frigoriferi, aggiungendo ai primi 2,85 milioni di dollari assegnati al team entro il 2015.
Da parte sua, la Michigan State University è stata in grado di rivendicare una serie impressionante di pietre miliari della stampa 3D negli ultimi anni. Nel 2017 i suoi scienziati, guidati dal Prof. Anil Jain, sono stati i primi a produrre fingertips indossabili che imitano la pelle umana, fabbricati utilizzando stampi stampati in 3D. E l’anno prima il professor Jain ha aiutato la polizia a sbloccare il telefono protetto da scanner di impronte digitali di una vittima di un omicidio , utilizzando impronte digitali criminali per stampare stampi 3D per dita artificiali identiche a quelle della vittima.