Il presente Rapporto riguarda lo stato dell’arte della tecnologia di conversione diretta dell’energia termica in energia elettrica basata sull’effetto Seebeck. Questa tecnologia ha praticamente raggiunto lo sviluppo industriale con l’impiego di termocoppie elementari composte da due semiconduttori N e P. In commercio si trovano moduli termoelettrici piani realizzati ponendo in serie un numero opportuno di termocoppie elementari. Questi moduli producono energia elettrica quando le due facce opposte piane sono poste a temperature diverse, cioè il modulo è attraversato da un flusso di energia termica. L’efficienza di conversione dell’energia termica in energia elettrica di questi moduli è piuttosto bassa (solo qualche %), e ciò è dovuto a limiti intrinseci del fenomeno fisico. Tutti i moduli termoelettrici forniti dai vari costruttori sono di piccola potenza (max 500 W) e in generale, per ottenere una efficienza significativa (3-4%), la differenza di temperatura tra lato caldo e lato freddo deve essere abbastanza elevata (150-200°C). Nelle termocoppie elementari senza dubbio il materiale semiconduttore più utilizzato è il Bismuto-Tellurio (Bi 2 Te 3 ). I motivi principali di questo successo sono essenzialmente i seguenti due: – il Bi 2 Te 3 ha giocato un ruolo importantissimo nel notevole sviluppo industriale dei refrigeratori basati sull’effetto Peltier, dal momento che è l’unico semiconduttore in grado di generare temperature inferiori a 0°C ; – il Bi 2 Te 3 è l’unico semiconduttore che permette la realizzazione di generatori di energia elettrica basati sull’effetto Seebeck in grado di utilizzare, come sorgente di energia termica, calore di scarto a temperatura relativamente bassa (80-90°C). Il costo specifico dei moduli Seebeck, riferito alla potenza elettrica, dipende fortemente dal salto termico a cui vengono sottoposti per generare energia elettrica. Con una differenza di temperatura di 200°C il costo specifico si attesta attorno ai 1000 $/kW, ma con una differenza di temperatura di 50°C tale costo specifico sale a quasi 20000 $/kW. Questo fatto porta ad escludere, almeno a breve termine, un impiego dei moduli termoelettrici per la conversione diretta in energia elettrica del calore di scarto a bassa temperatura. Oltre ai moduli termoelettrici, qualche costruttore propone anche dei veri e propri generatori elettrici che convertono direttamente in energia elettrica l’energia termica fornita mediante combustibili (metano o propano). Ad esempio in uno di questi generatori i moduli termoelettrici hanno la superficie calda mantenuta attorno ai 540°C, mediante un bruciatore di combustibile, e la superficie fredda mantenuta attorno ai 140°C, mediante un sistema di smaltimento del calore. Il materiale impiegato nelle termocoppie è il Piombo-Tellurio (PbTe). L’efficienza elettrica di questi generatore a combustibile (2-3 %), dato il notevole salto termico a cui lavora, è decisamente bassa rispetto a qualsiasi altro tipo di generatore elettrico impiegante lo stesso combustibile. L’unico

aspetto positivo è la ridottissima manutenzione, che rende questi tipi di generatori adatti al funzionamento in zone inaccessibili.