L’energia che sprechiamo: il siliciuro di molibdeno e la nuova frontiera del recupero termico

In un mondo che rincorre la transizione energetica a colpi di sussidi e grandi proclami, spesso ci si dimentica della fonte di energia più economica e pulita a nostra disposizione: quella che già produciamo, ma che letteralmente buttiamo via. Si stima che nelle industrie una quota compresa tra il 20% e il 50% dell’energia immessa nel sistema venga dispersa sotto forma di calore residuo. Un’inefficienza che, in termini macroeconomici, rappresenta un costo enorme per la competitività del sistema produttivo.

La soluzione potrebbe arrivare dal Giappone, dove un team di ricercatori della Tokyo University of Science, guidato dal professor Ryuji Okazaki, ha individuato nel disiliciuro di molibdeno (MoSi2) un candidato ideale per trasformare questo calore in elettricità in modo finalmente efficiente. Niente dispersioni, un passo avanti enorme per il riciclo energetico.  Si tratta di un materiale già utilizzato e noto, dalle modalità di produzione note.

Il limite dei vecchi sistemi termoelettrici

Fino ad oggi, i dispositivi termoelettrici si sono scontrati con limiti fisici e costruttivi non indifferenti. La maggior parte di essi si basa sull’effetto termoelettrico “longitudinale”, dove l’elettricità scorre nella stessa direzione del flusso di calore.

Questi sistemi richiedono:

• L’alternanza di strati di semiconduttori di tipo p e tipo n, cioè con elettroni o protoni in eccesso, ne consegue la necessità di strutture complesse, multistrato.
• Collegamenti in serie che creano un’elevata resistenza di contatto elettrico alle interfacce, che disperdono energia.
• Una perdita di efficienza complessiva dovuta proprio alla complessità strutturale del “sandwich” di materiali.

In poche parole, il gioco spesso non valeva la candela in termini di costi e resa. Ecco perché questo genere di materiali è poco diffuso.

Misurazione dell’energia prodotta dall’esposizione al calore del MoSi2 : Associate Professor Ryuji Okazaki from Tokyo University of Science, Japan. https://www.nature.com/articles/s43246-025-01050-4

La svolta: l’effetto trasversale e il MoSi2

La ricerca pubblicata su Communications Materials sposta l’attenzione sull’effetto termoelettrico trasversale (TTE). Qui la tensione viene generata perpendicolarmente alla direzione del calore. Il vantaggio è immediato: si può utilizzare un singolo materiale, eliminando le giunzioni problematiche e semplificando drasticamente la produzione. Inoltre a fronte di una singola fonte di calore, si può utilizzare una superficie più ampia.

Il protagonista di questa scoperta è il semimetallo MoSi2 Grazie a una proprietà chiamata “polarità di conduzione dipendente dall’asse” (ADCP), questo materiale riesce a comportarsi in modo diverso a seconda dell’orientamento dei suoi cristalli. I ricercatori hanno scoperto che la sua struttura elettronica presenta “superfici di Fermi a dimensionalità mista”, un dettaglio tecnico che, tradotto per noi profani, significa che il materiale è naturalmente predisposto a generare corrente in modo trasversale senza bisogno di campi magnetici esterni. Basta il calore.

Perché è una notizia rilevante per l’economia reale?

Non parliamo solo di scienza teorica. L’utilizzo di film sottili di MoSi2 permetterebbe di rivestire ampie superfici di macchinari industriali o motori a combustione, catturando il calore che altrimenti finirebbe nell’atmosfera. Un recupero su larga ascala, semplice da ottenere ed economicamente conveniente.

Se riuscissimo a recuperare anche solo una frazione di quel 50% di calore disperso dalle industrie, l’impatto sulla bolletta energetica nazionale e sulla riduzione delle emissioni sarebbe superiore a quello di molte politiche d’incentivazione “green” calate dall’alto.  Dato che è l’efficienza degli investimenti nel capitale fisso (i macchinari) a determinare la crescita di lungo periodo, avremmo una spinta notevole alla crescita e risolveremmo anche parzialmente problemi come quello del raffreddamento dei data center.

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