La Cina alza la temperatura: ecco la pompa di calore termoacustica industriale da 270°C

Mentre in Occidente ci accapigliamo sulle pompe di calore domestiche e sulle direttive “case green”, dall’altra parte del mondo si lavora sodo sulla fisica applicata all’industria pesante. Un team di ricercatori dell’Accademia Cinese delle Scienze (CAS), guidato dal fisico Luo Ercang, ha appena svelato un dispositivo che potrebbe cambiare le carte in tavola per i settori hard-to-abate: una pompa di calore termoacustica ad altissima temperatura.

La novità? Nessuna parte mobile. Niente compressori che si rompono, niente oli lubrificanti, solo onde sonore e calore. Questa realizzazione è stata oggetto di un articolo sulla rivista scientifica Applied Physics Letters. 

Oltre il limite del vapore

Le pompe di calore tradizionali, quelle a compressione di vapore che conosciamo, faticano enormemente quando si chiede loro di superare i 100°C o, nei casi più avanzati, i 160°C. I fluidi refrigeranti si degradano e la meccanica soffre. Le alternative ad assorbimento (quelle che usano chimica come acqua/bromuro di litio) si fermano solitamente intorno ai 200°C a causa di problemi di corrosione e limiti di solubilità.

Il dispositivo cinese, invece, utilizza la termoacustica. Semplificando al massimo: il sistema converte l’energia termica in intense onde acustiche stazionarie. Queste onde “pompano” l’energia da una sorgente a bassa temperatura verso un dissipatore a temperatura più alta. È il principio del motore Stirling, ma applicato tramite il suono e senza pistoni meccanici.

I numeri del prototipo

I risultati di laboratorio, pubblicati su Energy (Elsevier), sono tecnicamente rilevanti e meritano attenzione:

• Temperatura di output: Il prototipo ha raggiunto i 270°C (518°F).

• Sorgente di calore: Il ciclo è stato alimentato da calore a 145°C.

• Delta termico: Un salto di temperatura di 125°C.

• Efficienza: A 5 MPa di pressione, il sistema ha mostrato un coefficiente di prestazione (COP) interessante per queste temperature, offrendo stabilità operativa.

Ecco un rapido confronto con le tecnologie attuali:

molto interessante il fatto che la pompa di calore non abbia parti mobili, riducendo quindi al minimo l’usura da attrito.

Perché è importante per l’industria (e per l’economia)

Qui si passa dalla fisica all’economia reale. L’industria pesante (ceramica, metallurgia, petrolchimico) ha bisogno di calore, tanto calore. Spesso questo calore viene generato bruciando gas o carbone perché le alternative elettriche non sono efficienti a quelle temperature.

La Cina, ad esempio,  spreca tra il 10% e il 27% della sua energia totale sotto forma di calore residuo industriale. Recuperare questo scarto (magari a 150°C) e trasformarlo in calore di processo a 270°C o più, significa abbattere drasticamente i costi operativi e le emissioni, senza necessariamente deindustrializzare come talvolta sembra suggerire certa politica occidentale.

I ricercatori sono ottimisti, forse troppo, prevedendo di raggiungere i 1.300°C entro il 2040. Ma anche fermandosi ai 270°C attuali, si apre la strada per alimentare processi come:

• • Pre-sinterizzazione della ceramica.

  • Processi petrolchimici secondari.

  • Dyeing (tintura) industriale e produzione di carta.

I 1300 gradi aprirebbero invece a settori come la ceramica e la fusione dei metalli.

Un futuro a pompa

Non vedremo questa tecnologia domani mattina nelle fabbriche. Siamo ancora in fase di prototipo da laboratorio e scalare la termoacustica a livelli industriali richiede ingegneria complessa sui materiali. Tuttavia, questo dimostra come la ricerca di base, se indirizzata verso problemi industriali concreti e non solo verso la finanza “green”, possa offrire soluzioni reali. Pechino lo ha capito, investendo sul recupero del calore residuo per sostenere la sua base manifatturiera. E noi? Per ora discutiamo. 

Domande e risposte

Come funziona esattamente la termoacustica senza parti mobili?

Il sistema si basa sull’interazione tra onde sonore e calore. Invece di usare un pistone meccanico per comprimere un gas, utilizza un’onda acustica stazionaria ad alta intensità che viaggia attraverso un gas inerte (come l’elio). Questa onda crea cicli di compressione ed espansione rapidissimi che trasportano il calore da una zona fredda a una calda. Non essendoci parti meccaniche in sfregamento, l’usura è minima e l’affidabilità molto alta.

Qual è il vantaggio economico rispetto a una caldaia a gas?

Il vantaggio principale è l’efficienza nel recupero energetico. Una caldaia a gas crea calore da zero bruciando combustibile. Questa pompa di calore, invece, prende calore “di scarto” a bassa temperatura (che altrimenti verrebbe buttato via, come i fumi di scarico industriali) e ne innalza la temperatura a un livello utile per la produzione. Si riduce così l’acquisto di energia primaria, abbattendo i costi operativi dell’impianto industriale.

Questa tecnologia è pronta per essere installata nelle fabbriche italiane?

Al momento no. Si tratta di un prototipo di laboratorio sviluppato dall’Accademia Cinese delle Scienze. Sebbene i risultati siano promettenti (raggiungere i 270°C stabilmente è un record), serviranno ancora anni per trasformarlo in un prodotto commerciale scalabile e acquistabile sul mercato. Tuttavia, indica chiaramente la direzione futura per l’efficienza energetica nell’industria pesante, settore cruciale anche per la manifattura italiana.

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