De Fazio - Materiali innovativi per l’efficienza energetica

RI-GENERAZIONE ENERGETICA ENERGIA E SOSTENIBILITÀEsperienze, idee e scenari di sviluppo

Piero De FazioENEA C.R. Trisaia

20 dicembre 2013 Incubatore d’Impresa di Sviluppo Basilicata MetapontumMetaponto di Bernalda (MT)

Materiali innovativi per l’efficienza energetica


Cosa è l’efficienza energetica?

L’efficienza energetica di un sistema rappresenta la capacità del sistema stesso di

sfruttare l’energia che gli viene fornita per soddisfare il suo fabbisogno.

Minori sono i consumi relativi al soddisfacimento di un determinato fabbisogno, migliore

è l’efficienza energetica del sistema.

In modo più intuitivo per efficienza energetica si può intendere l’attitudine all’utilizzo

dell’energia nel modo migliore, in particolare negli “usi finali”: l’industria, i trasporti,

l’agricoltura, le infrastrutture e le case in cui viviamo.

Cosa sono i materiali innovativi (o avanzati ) ?

Sono avanzati quei materiali che possiedono proprietà meccaniche,

termiche, chimiche, elettriche superiori rispetto ai materiali tradizionalipresentando livelli prestazionali elevati derivanti da particolari e inediteconformazioni chimico fisiche.

I materiali avanzati contribuiscono a realizzare soluzioni più efficienti in termini di risparmio di risorse energetiche e materiali nell’intero ciclo divita attraverso la capacità di :1) utilizzare minori quantità di materie prime;2) produrre energia pulita o assorbire agenti inquinanti;3) garantire durabilità e affidabilità nel tempo.


….ma materiali innovativi possono essere anche materiali naturali ( organici o inorganici) magari anche noti ma le cui applicazioni risultano essere esse stesse innovative.

Fibre di basalto, Fibre di canapaFibra di bambù


Esempio : Biomateriali ed efficienza energetica

Esempio: laterizi ad elevate prestazioni energetiche Esempio: laterizi ad elevate prestazioni energetiche

BIOMATERIALIBIOMATERIALI

Campi Applicativi: Edilizia sostenibile - miglioramento

delle prestazioni termiche, acustiche, ignifughe, strutturali ed ambientali

Campi Applicativi: Edilizia sostenibile - miglioramento

delle prestazioni termiche, acustiche, ignifughe, strutturali ed ambientali

Efficienza energeticastudio di materiali e soluzioni innovative per la riduzione del calore trasmesso per convezione e conduzione

Efficienza energeticastudio di materiali e soluzioni innovative per la riduzione del calore trasmesso per convezione e conduzione

Vantaggi: economici, sociali e ambientali - Contributo al raggiungimento degli obiettivi climatici, energetici e di crescita con un un aumento del livello di comfort ed una riduzione delle fatture energetiche per i cittadini;- Creazione di nuova occupazione per lo sviluppo di tecnologie per la realizzazione di nuovi materiali eco-edili


BIORAFFINERIABIORAFFINERIA

Edilizia

Obiettivi:-Incremento delle prestazionimeccaniche e delle capacitàtermiche dell’involucro edilizio;-maggiore sostenibilitàambientale;

Trasporti

Obiettivi:- sviluppo delle tecnologie di

giunzione per materiali e componenti innovativi per i mezzi di trasporto


Settore trasporti:Il settore dei trasporti è responsabile di circa un terzo del consumo totale di energia finale, secondo solo al settore civile, e il 95% dell’energia utilizzata è di origine petrolifera.Il trasporto stradale, sia di passeggeri che merci, ha raggiunto quasi il 94% dei consumi finali. Il trasporto marittimo incide per circa il 3%, quello aereo quasi per il 2% e quello ferroviario poco più dell’1%.

(fonte ENEA)


Quali sono le possibili proposte di intervento per il miglioramento della efficienza energetica?

Promozione di modalità alternative al trasporto su stradaElettrificazione dei trasporti su gommaOttimizzazione dell’esercizio attraverso l’impiego di Sistemi di trasporto intelligentiOttimizzazione dei cicli di marcia dei veicoli stradali

… e i materiali?


Gli obiettivi di efficienza energetica nel settore dei trasporti possono essere raggiunti riducendo il consumo di combustibile fossile per km percorso .

Ciò è possibile o incidendo sulle modalità di trasporto o agendo sui mezzi di trasporto sostituendo i materiali tradizionali con materiali alternativi, più leggeri in grado però di garantire le stesse performances in termini di caratteristiche di sicurezza….


…ad esempio le industrie automobilistiche stanno sempre più investendo sui materiali compositi e su leghe di alluminio che opportunamente trattate consentono di raggiungere resistenze comparabili a quelle dell’acciaio a fronte di un peso specifico di circa 1/3.

Sono state messe a punto schiume di alluminio particolarmente leggere in grado di coniugare la sostenibilità economica con quella ambientaleQuali sono le problematiche principali?

Messa a punto di tecnologie di giunzione adeguate.



Cosa fa ENEA?E’ impegnata nel programma CLEANSKY

Clean Sky è il programma più ambizioso mai lanciato per la ricerca aeronautica in Europa. La sua missione è quella di sviluppare tecnologie innovative per aumentare significativamente le prestazioni ambientali degli aeromobili e del trasporto aereo, con conseguente diminuzione di carburante. Obiettivo: aeromobili meno rumorosi e più efficiente,

Clean Sky è il programma più ambizioso mai lanciato per la ricerca aeronautica in Europa. La sua missione è quella di sviluppare tecnologie innovative per aumentare significativamente le prestazioni ambientali degli aeromobili e del trasporto aereo, con conseguente diminuzione di carburante. Obiettivo: aeromobili meno rumorosi e più efficiente,

AFSIALAdvanced Fuselage and wing Structure based on innovative Al-Li alloys


ItalyItaly

AFSIAL è un progetto che mira allo sviluppo e alla dimostrazione di una soluzione che combina leghe di Al-Cu-Li e tecnologie avanzate di assemblaggio come la saldatura Laser e saldatura ibrida laser-TIG. Inoltre, è indagata la possibilità di effettuare saldature, da ambo i lati, mediante tecnica di split-laser. In aeronautica la fusoliera e ali con pannelli irrigiditi, sono responsabili in media per il 50% del peso complessivo di aeromobili. Al fine di ottenere le proprietà del pannello richiesto e una riduzione di peso significativa, la strategia del progetto è di combinare i materiali più adatti con il processo di saldatura ottimizzato e un design appropriato (FEM).

AFSIAL è un progetto che mira allo sviluppo e alla dimostrazione di una soluzione che combina leghe di Al-Cu-Li e tecnologie avanzate di assemblaggio come la saldatura Laser e saldatura ibrida laser-TIG. Inoltre, è indagata la possibilità di effettuare saldature, da ambo i lati, mediante tecnica di split-laser. In aeronautica la fusoliera e ali con pannelli irrigiditi, sono responsabili in media per il 50% del peso complessivo di aeromobili. Al fine di ottenere le proprietà del pannello richiesto e una riduzione di peso significativa, la strategia del progetto è di combinare i materiali più adatti con il processo di saldatura ottimizzato e un design appropriato (FEM).

Settore Edilizia

Negli ultimi anni la domanda di energia primaria è stata soddisfatta per l’84% da combustibili fossili, petrolio 41%, gas naturale 36% , carbone e altri solidi 7%, e per la parte rimanente da fonti rinnovabili e dalle importazioni di energia elettrica (rispettivamente 11% e 5%).

A fronte dei minori consumi nell'industria e nei trasporti derivanti dalla crisi economica e dal blocco del commercio mondiale, gli usi civili hanno visto incrementare il loro valore principalmente a causa della variabilità climatica.

I consumi relativi al riscaldamento, al raffrescamento e all’acqua calda sanitaria, rappresentano più del 2o% del consumo primario nel Paese (fonte ENEA)



Quali sono le possibili proposte di intervento per il miglioramento della efficienza energetica?

Smart Cities e riqualificazione urbanaSi stima che sul suolo nazionale esistano circa 2.000.000 di abitazioni in precario stato di conservazione, che necessitano di essere demolite e ricostruite o recuperate; ampie aree urbane in cui insistono complessi di edifici che hanno ormai concluso il proprio ciclo di vita e sono dunque destinate a sostanziale riqualificazione: un processo di “riqualificazione integrata” per le Smart Cities.

……. e i materiali?

I materiali avanzati (o innovativi) impiegati in edilizia derivano spesso da processi di trasferimento tecnologico da altri settori industriali caratterizzati da forti spinte all’innovazione (quali il settore aeronautico, automobilistico) in cui la ricerca nel campo di materiali con prestazioni sempre più elevate costituisce una condizione imprescindibile per la realizzazione di prodotti e sistemi più efficienti.

Generalmente in edilizia le innovazioni sono assorbite in tempi più lunghi che in altri settori (sia dal punto di vista della produzione industriale che di progetto). Affinché tali materiali siano acquisiti nella comune prassi costruttiva sono quindi necessari processi di adattamento e di verifica delle prestazioni in condizioni d’uso che tendono a ritardarne la diffusione, anche a causa di difficoltà tecnico operative legate all’impiego e all’assenza di normative specifiche.


In edilizia la differenza tra materiale tradizionale emateriale innovativo risiede principalmente nellecapacità prestazionali dei materiali, e non solo in unaparticolare o inedita conformazione fisico-chimica percui anche materiali tradizionali “innovati” nelle loroprestazioni (ad esempio ai calcestruzzi ad alteprestazioni) sono da considerarsi “avanzati” a tutti glieffetti.



Resistenza alla corrosione

Rinforzo di malte,

calcestruzzi

Isolamento acustico

Isolamento termico

Resitenza alle abrasioni

Resistenza al fuoco

Fibra di Basalto


Trasferimento tecnologico Regione Basilicata

Piping

Automotive

Efficienza energetica

- Qualifica materiali;- Ricerca e Sviluppo di

componenti per edilizia ad alto valore tecnologico ed energetico (laterizi,malte rinforzate, tessuti per rinforzo strutturale)

- Ricerca e Sviluppo di materiali compositi fibrorinforzati Filiera per la

lavorazione

della fibra di basalto

Eco materiali :Fibra di basalto

Rinforzo strutturale


Cosa fa ENEA

Grazie per l’attenzione

[email protected]

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