Gli impianti di co-generazione basati sull’utilizzo di microturbine possono rappresentare un’interessante alternativa ai motori a combustione interna, in virtù delle basse emissioni conseguibili e della notevole flessibilità rispetto all’adozione del combustibile; oltre al gas naturale, infatti, possono essere impiegati altri combustibili gassosi (quali il biogas ed il gas di discarica), ma anche combustibili liquidi o solidi: sono noti casi, in fase di sperimentazione prototipale, di combustione diretta di biomassa solida pirolizzata e di combustione esterna di cippato di legno.

Perché tale tecnologia divenga economicamente competitiva, però, è necessario aumentarne il rendimento elettrico, cosicché l’utilizzo risulti conveniente anche nel caso in cui non si abbia contemporanea richiesta di calore.

All’incremento del rendimento elettrico potrebbe conseguire un ampliamento del ventaglio di potenziali applicazioni, in particolare nel settore residenziale e/o terziario in cui, tipicamente, le utenze presentano profili dei fabbisogni elettrici e termici che hanno carattere stagionale, o comunque fortemente variabile nel tempo.

Come ben evidenziato dall’analisi di letteratura e dagli studi effettuati da RSE nelle precedenti annualità, il conseguimento di rendimenti superiori al 40% non può che passare da un incremento della temperatura d’ingresso in turbina. Questo significa, di fatto, che le parti calde della turbina devono essere realizzate con materiali in grado di operare a temperature che vanno oltre all’attuale stato dell’arte, che può essere stimato in circa 950°C.

Poiché ad ogni soluzione tecnologica teoricamente in grado di determinare un incremento significativo del rendimento è associato un certo grado d’incertezza, è stato avviato un piano d’attività su più fronti – in parte complementari tra loro – che comprende l’identificazione e caratterizzazione di materiali metallici ad altissime prestazioni, il completamento della caratterizzazione dei materiali ceramici monolitici già identificati negli anni scorsi ed il monitoraggio e l’analisi delle nuove tecnologie, quali la manifattura additiva (o stampa 3D), che si stanno affermando in diversi settori industriali.

In quest’ottica si è proceduto, per quanto concerne i materiali metallici, alla caratterizzazione delle proprietà meccaniche di una superlega a base nichel a cristallo singolo che potrebbe essere utilizzata per realizzare le parti calde di una macchina la cui temperatura d’ingresso di turbina sia pari a 1050°C. Sul fronte dei materiali ceramici, le attività si sono concentrate principalmente nella valutazione di campioni dotati di rivestimenti protettivi realizzati con differenti tecniche, tra le quali quelle thermal spray.

Infine è stato progettato, realizzato e collaudato con successo un impianto Steam Jet Rig, finalizzato alla verifica sperimentale delle prestazioni funzionali dei materiali ceramici e dei rivestimenti protettivi, nonché all’analisi dei fenomeni di degrado che si producono quando questi siano esposti a flussi di aria con elevato contenuto di vapore e temperature dell’ordine dei 1200°C, e dunque in condizioni assimilabili a quelle di esercizio di una microturbina ad alta efficienza.