Le microturbine a gas sono macchine di piccola taglia utilizzabili per la generazione elettrica e particolarmente adatte per gli impianti cogenerativi che offrono notevoli vantaggi dal punto di vista della semplicità di gestione e manutenzione e soprattutto un minore impatto ambientale rispetto ai loro naturali concorrenti (motori a combustione interna). Un secondo punto di forza di queste macchine è la possibilità di utilizzarle anche in impianti con combustione esterna, con la semplice aggiunta di uno scambiatore aria/aria, e rendendole quindi flessibili dal punto di vista del combustibile, sostituendo il pregiato gas naturale con combustibili come le biomasse. Il principale fattore critico rimane tuttora il modesto rendimento elettrico delle microturbine, che le rende non convenienti qualora utilizzate disgiuntamente dalla cogenerazione di calore. L’incremento del rendimento elettrico 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.

Per ottenere questo rendimento di conversione elettrica, oltre ad una ottimizzazione della progettazione fliudodinamica, è da tempo riconosciuta come necessaria la realizzazione di alcuni componenti con materiali resistenti (meccanicamente ed all’ossidazione) a temperature più elevate, come ad esempio i materiali ceramici.

Lo studio condotto da RSE è quindi stato focalizzato in primis sui nitruri di silicio, che potrebbero essere impiegati per la realizzazione dei rotori e dello statore, in macchine dove fumi più caldi potrebbero essere convogliati al primo stadio di conversione energetica garantendo quindi rendimenti più elevati. Alcuni nitruri di silicio commerciali sono stati caratterizzati dal punto di vista delle proprietà meccaniche e di resistenza all’ossidazione realizzando un database di riferimento che è stato integrato con la caratterizzazione di un nuovo nitruro di silicio, sviluppato appositamente per la realizzazione di microrotori ceramici ed ancora oggi considerato dallo stesso produttore come materiale in fase di ottimizzazione. Le prove svolte da RSE su questo materiale mostrano che lo stesso ha effettivamente una resistenza meccanica superiore ai materiali precedentemente testati, ma una più marcata riduzione della stessa alle alte temperature (prove condotte fino a 1200°C) rispetto ad un altro nitruro simile dello stesso produttore testato in precedenza.

La significativa tendenza all’ossidazione dei nitruri di silicio ad alta temperatura in presenza di vapore ha inoltre indotto ad ipotizzare la necessità di proteggere anche questi materiali ceramici strutturali con rivestimenti, sempre di natura ceramica, che agiscono come barriere ambientali. Una prima serie di prove è stata condotta per valutare la qualità dei prodotti commerciali disponibili e per sperimentare alcune tecniche di applicazione dei disilicati di itterbio come rivestimenti protettivi del nitruro di silicio.