Le microturbine a gas rappresentano attualmente una tecnologia applicabile anche a impianti di piccola taglia, con grandi vantaggi dal punto di vista della semplicità di gestione e manutenzione ed anche in relazione alle ridotte emissioni ambientali; la diffusione della tecnologia in applicazioni di piccola cogenerazione risulta però penalizzata da un rendimento elettrico piuttosto modesto (~30%), che fino ad oggi non la rende concorrenziale con altre tecnologie di pari taglia, come i tradizionali generatori a combustione interna. L’incremento del rendimento elettrico e del rendimento globale d’impianto amplierebbe la tipologia delle potenziali applicazioni, in particolare nel settore residenziale e/o terziario, dove tipicamente le utenze presentano profili dei fabbisogni elettrici e termici stagionali o comunque fortemente variabili nel tempo.

Lo sviluppo di nuove microturbine che garantiscano un rendimento comparabile con quello dei motori a combustione interna, o anche superiore, è strettamente legato alla realizzazione di alcuni componenti con materiali che abbiano una sufficiente resistenza meccanica e dall’ossidazione in condizioni maggiormente gravose: in particolare si devono cercare materiali resistenti a temperature più elevate come ad esempio i materiali ceramici.

Per realizzare microturbine con più elevato rendimento si possono identificare come materiali preferibilii nitruri di silicio, ipotizzando da un lato un miglioramento della loro resistenza con particolari additivi,e dall’altro l’applicazione su di essi di un rivestimento protettivo per migliorarne la resistenza alla corrosione ad alta temperatura.

Da alcuni anni RSE ha avviato un’attività di caratterizzazione di questi materiali ceramici applicabili nella realizzazione delle microturbine ed i risultati dei precedenti periodi sono stati integrati in questo lavoro con la caratterizzazione di un nitruro di silicio sinterizzato con addizione di ossido di lutezio a differenza di quelli precedentemente caratterizzati che erano prevalentemente addizionati con ossido diittrio. La caratterizzazione meccanica con prove di flessione a temperatura ambiente ed a temperature elevate fino a 1200°C, e la caratterizzazione della resistenza ad ossidazione e corrosione con prove di esposizione in apposito impianto di combustione (burner rig) alla stessa temperatura di 1200°C, hanno confermato che il nitruro sinterizzato con ossido di lutezio risulta in generale preferibile agli altri prodotti finora testati.

La tendenza di tutti i nitruri di silicio ad avere anch’essi un significativo tasso di recesso nell’esposizione ad alta temperatura suggerisce comunque che anche per il materiale più resistente è necessario ricorrere ad una soluzione di protezione dello stesso, con applicazione di un rivestimento. In quest’ottica, sono state condotte alcune prove di rivestimento di substrati ceramici con altri materiali, anch’essi ceramici, che hanno permesso di individuare una prima soluzione di protezione del nitruro di silicio con barriera ambientale a base di disilicato di itterbio. La resistenza all’esposizione in gravose condizioni di questo sistema appare infatti molto promettente, ma ulteriori prove sia di manifattura per l’ottimizzazione del processo di applicazione sia di caratterizzazione del sistema finale sono comunque ancora necessarie per potere valutare poi l’applicazione effettiva su un reale componente di microrotore.