Caratteristiche dell’attività di ricerca

La crisi climatica globale è profondamente connessa al modello di produzione energetica adottato negli ultimi decenni, basato prevalentemente sull’utilizzo di fonti fossili che esercitano un forte impatto negativo sulla biosfera. Le fonti di energia rinnovabile (FER) sono in continua espansione e, in Italia, hanno superato la produzione da sorgenti fossili nel primo semestre del 2024. Tuttavia, la loro variabilità, unitamente alle difficoltà nel realizzare sistemi di accumulo energetico su larga scala a costi accessibili, rende ancora necessario il ricorso a combustibili fossili.

Le soluzioni tecnologiche, che richiedono temperature di esercizio elevate e il contatto prolungato con fluidi termovettori, sono soggette a meccanismi di degrado (ossidazione, corrosione, creep, interazioni chimiche, etc.), pertanto i materiali e/o coating impiegati (leghe metalliche, materiali ceramici e simili) nella realizzazione dei dispositivi necessitano di un’approfondita caratterizzazione al fine di essere valutati idonei all’uso. Tra i vari fluidi termovettori utilizzati negli impianti, il piombo è uno tra quelli più critici a livello di interazione con le componenti metalliche in quanto ne provoca l’infragilimento con conseguente rapida perdita delle proprietà meccaniche. Per alcune applicazioni, l’elevata capacità termica del piombo consente di operare a pressioni ridotte, spesso vicine a quella atmosferica, minimizzando significativamente i rischi legati all’uso di altri fluidi (es. acqua in pressione), che rendono complessa la realizzazione stessa degli impianti oltre che la manutenzione. Attualmente, tra le problematiche di interesse per la scienza dei materiali, spiccano i fenomeni di corrosione delle componenti metalliche esposte al piombo liquido, influenzati dalla temperatura di esercizio e dalla concentrazione di ossigeno disciolto nel fluido. Per mitigare questi effetti e migliorare la resistenza dei componenti dell’impianto, si stanno conducendo ricerche sia su materiali metallici innovativi, sia su rivestimenti ceramici o metallici da applicare a componenti realizzati con materiali convenzionali.

RSE è impegnata nell’ambito di progetti nazionali, come il “Piano Triennale di Realizzazione 2025-2027” della Ricerca di Sistema, fra i cui obiettivi vi è anche quello di sviluppare e caratterizzare materiali di frontiera per applicazioni energetiche, nell’ottica di favorire la transizione energetica e la completa decarbonizzazione del Sistema Elettrico Nazionale.

RSE è dotata di Laboratori sperimentali in cui è possibile determinare il comportamento meccanico di materiali metallici e ceramici, a partire dalla temperatura ambiente sino a 1000 °C, mediante prove di trazione, durezza, piega, fatica oligociclica (LCF – Low Cycle Fatigue) e termomeccanica (TMF – Thermo Mechanical Fatigue), unitamente a test innovativi come lo small punch tensile e creep; è dotata altresì di attrezzature per l’esecuzione di trattamenti termici ed analisi dilatometriche. A supporto delle caratterizzazioni, i Laboratori RSE possono realizzare indagini metallografiche, volte allo studio delle proprietà dei materiali, con attenzione particolare alla ricerca dei fenomeni di danneggiamento.

Nel contesto descritto, RSE prevede di collaborare con un Partner industriale specializzato nello sviluppo di materiali bulk e con un Partner industriale specializzato nello sviluppo di coating o rivestimenti specifici, mirati a prolungare la vita utile di componenti esposti a metalli liquidi, in particolare al piombo, al fine di caratterizzare materiali e coating innovativi in grado di mitigare le criticità sopra descritte insorgenti ad alta temperatura e in condizioni severe. Tali sperimentazioni saranno effettuate in aria e a differenti temperature, e fungeranno da test propedeutici ad uno screening di nuovi materiali e/o coating per successivi test in ambienti di processo reale.

Attività a carico del Partner

La prima attività prevede che il Partner industriale selezionato realizzi provini, seguendo i disegni tecnici forniti da RSE, utilizzando due principali tipologie di materiali: la prima categoria comprende acciai bulk austenitici della famiglia AISI 316 e similari, da utilizzare come riferimento per le caratterizzazioni. La seconda categoria include materiali metallici innovativi bulk, progettati o valutati per la loro resistenza ad ambienti aggressivi ad alta temperatura, come il contatto con piombo liquido; esempi di tali materiali sono gli acciai AFA (Alumina Forming Austenitics) e AFM (Alumina Forming Martensitics).

Una seconda attività richiede che il Partner industriale selezionato realizzi trattamenti di ricopertura (coating) su spezzoni tubolari metallici forniti da RSE, allo scopo di protezione del substrato da agenti aggressivi esterni, con le medesime finalità descritte nella precedente attività.

Ogni Partner industriale può proporsi per una o entrambe le attività indicate. Le forniture e, più in generale, tutte le attività a carico del Partner saranno svolte a titolo gratuito. A tal fine, verrà stipulato un apposito accordo di collaborazione non oneroso, le cui condizioni verranno successivamente concordate.

Attività a carico di RSE

RSE effettuerà caratterizzazioni meccaniche sui campioni forniti, mediante test di vario tipo, tra cui, a titolo puramente esemplificativo ma non esaustivo, si citano:

• Trazione (UNI EN 6892/1, UNI EN 6892/2)
• Scorrimento viscoso a caldo – creep (UNI EN ISO 204)
• Piega a quattro punti (ASTM C1161, ASTM C1211)
• Fatica oligociclica – LCF (ASTM E606)
• Durezza Vickers e Knoop (UNI EN ISO 6507, UNI EN ISO 4545)
• Svasatura – Expansion test (ASTM B163)

RSE effettuerà, a supporto dei test meccanici distruttivi, indagini metallografiche appropriate utilizzando microscopia ottica e microscopia elettronica a scansione.

I risultati di ogni singola sperimentazione saranno condivisi tra RSE ed il Partner che fornisce il campione.

Risultati dello studio

Lo studio consentirà di determinare le proprietà meccaniche dei materiali bulk di tipo innovativo, e la stabilità dei ricoprimenti applicati su substrati standard, al fine di un loro impiego in ambienti aggressivi quali, ad esempio, componenti a diretto contatto con il piombo liquido.

I risultati saranno disponibili pubblicamente e potranno essere oggetto di pubblicazioni e attività di divulgazione presso convegni, riviste scientifiche ed altri mezzi di comunicazione. Il Partner potrà fare uso dei risultati per fini di promozione, marketing, divulgazione delle proprie attività, fermo restando che le conoscenze di RSE, sia pregresse che sviluppate nel corso della collaborazione, non possono essere oggetto di uso esclusivo, o che vengano implicitamente o esplicitamente applicate altre forme di protezione della proprietà intellettuale da parte del Partner.

Eventuali prestazioni di RSE, volte alla personalizzazione della tecnologia per specifiche esigenze del Partner, a partire dalle conoscenze pubblicate, potranno essere oggetto di successivi, separati accordi commerciali.

Manifestazione di interesse

Tutti i soggetti interessati sono invitati a manifestare il proprio interesse in forma scritta tramite mail all’indirizzo collaborazione.materiali@rse-web.it entro e non oltre il 31 marzo 2025, specificando i contatti telefonici, e-mail di un incaricato di riferimento e fornendo tutte le informazioni richieste, necessarie alla valutazione comparativa delle proposte, compresa una breve descrizione della Società/Ente.

Valutazione delle proposte

Le proposte saranno valutate nel rispetto dei principi di trasparenza e imparzialità da apposita commissione nominata successivamente alla ricezione di tutte le candidature. La commissione opererà una valutazione comparativa delle proposte pervenute, attenendosi ai criteri di valutazione sottoindicati. Per ognuna delle attività richieste ai Partner verrà accettata per la sperimentazione una sola proposta. A parità di punteggio verranno accolte le proposte in base all’ordine cronologico di presentazione.

Stipula dell’accordo di collaborazione

RSE si riserva il diritto di non dare seguito alla procedura ove nessuna candidatura appaia adeguata in relazione all’oggetto dell’avviso, nonché la possibilità di sospendere o rinunciare al procedimento, oltre alla facoltà di riaprire i termini o indire nuovamente la procedura, in questo caso motivatamente.