Arrivare ai limiti fisici dei rendimenti dei motori termici: il risultato di una nuova scientifica cinese

Un recente studio condotto da scienziati cinesi ha messo in discussione il mito centenario secondo cui un motore termico può raggiungere sia la massima potenza che un’elevata efficienza. L’approccio sfida le basi della termodinamica.

Lo studio pubblicato su una famosa rivista suggerisce che un motore termico può raggiungere la massima potenza senza sacrificare l’efficienza. Gli scienziati hanno presentato un modello minimo di motore termico che può raggiungere l’efficienza di Carnot pur ottenendo la massima potenza. Questo motore quindi sarebbe in grado di sfruttare l’energia termica di un motore in modo ottimale.

I risultati possono portare a progressi nelle tecnologie di conversione dell’energia, che potrebbero aprire la strada a motori termici efficienti.

Modello di motore semplificato ad alto livello energetico

Progettando un modello di motore semplificato con un livello di degenerazione ad alta energia – in cui molti stati microscopici lavorano insieme – i ricercatori sono riusciti a sfruttare gli effetti collettivi e a superare il tradizionale  compromesso tra efficienza e potenza. Il loro studio ha dimostrato che quando molte piccole parti di un sistema lavorano insieme, possono convertire l’energia in modo più efficiente, offrendo nuove possibilità per la tecnologia futura, ha riferito SCMP.

Ciclo di Carnot

Pubblicato a gennaio su Physical Review Letters, lo studio svela il potenziale delle quantità fisiche intrinseche divergenti all’interno della sostanza funzionante, come la degenerazione, come promettenti risorse termodinamiche per superare il compromesso universale potenza-efficienza imposto dalla termodinamica di non equilibrio per i motori termici convenzionali.

“I nostri risultati forniscono nuove intuizioni sul vantaggio collettivo nello sfruttamento dell’energia dei sistemi interagenti a molti corpi”, hanno dichiarato i ricercatori nello studio.

Motore termico biochimico

È stato evidenziato che l’ostacolo principale nella costruzione di un motore termico che abbia un’efficienza vicina a quella del motore termico di Carnot è che richiede un tempo infinito per svolgere il lavoro con una potenza minima. I ricercatori hanno affrontato questo problema con un motore termico biochimico, secondo un rapporto. Il sistema di biomotore termico si basa sull’utilizzo di enzimi che permettono di superare il problema della disribuzione del lavoro in un tempo  prolungato, portando quindi al massomo di Carnot l’efficienza del motore.

“Attingendo a un modello di ripiegamento dei polimeri nel mio lavoro precedente, ho sviluppato un motore termico minimo che, sorprendentemente, ha mostrato il potenziale per superare alcuni limiti accettati sull’efficienza dei motori termici alla massima potenza. Questa scoperta inaspettata mi ha portato a contattare Yu-Han, dando inizio alla nostra collaborazione su questo progetto”, ha dichiarato a Phys.org il dottor B. Shiling Liang, coautore dello studio.

Il modello potrebbe rompere il tradizionale compromesso tra efficienza e potenza

Il team di ricerca ha dimostrato che, in determinate condizioni, il loro modello potrebbe rompere il tradizionale compromesso tra efficienza e potenza, dando nuova vita a una tecnologia che, seconod molti, era superata.

Ciò suggerisce che i motori termici, se progettati con la giusta struttura interna, potrebbero funzionare in modo molto più efficiente di quanto previsto dalla termodinamica classica. I ricercatori hanno anche affermato che, quando queste teorie saranno implementate nella tecnologia del mondo reale, il futuro potrebbe vedere centrali elettriche, motori e persino macchine biologiche microscopiche più potenti ed efficienti, che funzionano con uno spreco di energia molto minore.