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Un motore che sfrutta le onde sonore
Una startup ha sviluppato un nuovo tipo di motore che potrebbe generare elettricità con l'efficienza di una cella a combustibile, ma che costa solo quanto un motore a combustione interna.
Barriera del suono: Questo prototipo di motore utilizza la termoacustica per trasformare il calore in elettricità.
Etalim , con sede a Vancouver, in Canada, afferma che il suo motore, più o meno delle dimensioni di un pallone da basket, potrebbe migliorare l'economia della produzione di elettricità per la cogenerazione di energia e calore nelle case e come un modo per sfruttare il calore prodotto dai collettori solari a concentrazione. L'azienda ha creato un prototipo, ma deve ancora raggiungere il tipo di efficienza, superiore al 40%, che i suoi modelli di computer indicano come a portata di mano.
Il dispositivo condivide alcuni principi di un motore Stirling, in cui viene utilizzata una fonte di calore esterna per espandere una quantità fissa di gas di lavoro (di solito elio), che poi si contrae quando viene spinta in uno spazio più fresco. Questo ciclo di espansione-contrazione si ripete, trasformando il calore in lavoro meccanico azionando un pistone.
Il CEO di Etalim Ron Klopfer afferma che un problema fondamentale con i motori Stirling è che devono funzionare a temperature e pressioni molto elevate per essere efficienti, rendendo difficile mantenere il gas sigillato all'interno del cilindro che racchiude il pistone. A queste temperature, non è possibile utilizzare i metodi tradizionali di sigillatura, afferma. Non puoi usare gomma, lubrificanti. Deve essere metallo secco su metallo, e quelle sono parti molto costose e di alta precisione che portano a costi elevati.
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Guarda come funziona il motore.
Il fondatore e capo scienziato di Etalim, Thomas Steiner, ha visto l'opportunità di eliminare tutte le parti di sfregamento e le guarnizioni soggette a usura e perdite utilizzando un design basato sulla termoacustica, che utilizza il calore per controllare l'intensità delle onde sonore all'interno di una cavità sigillata.
All'interno del nucleo del motore di Etalim è racchiusa una piastra di metallo che sostituisce la funzione di un pistone in un motore Stirling convenzionale. Quando l'elio pressurizzato sul lato superiore della piastra metallica viene riscaldato, le onde sonore che viaggiano attraverso il gas vengono amplificate, facendo vibrare la piastra e un diaframma metallico sottostante (separato da uno strato di elio più freddo) per spingere verso il basso su un albero. Tutti gli attriti meccanici vengono eliminati. L'albero è collegato a un alternatore che produce elettricità.
La vibrazione della piastra sposta l'albero solo di due decimi di millimetro per ciclo, quindi non viene spostato molto elio ad ogni ciclo. Ma il motore raggiunge un rapido 500 cicli al secondo. Se vai all'alta frequenza, puoi ottenere più potenza da essa, afferma Greg Swift, un esperto di termoacustica presso Laboratori Nazionali di Los Alamos che ha visto una prima versione del motore di Etalim. Steiner ha davvero fatto un buon lavoro nel prendere una direzione [di design] diversa e non commettere errori.
L'azienda ha obiettivi ambiziosi. Un primo prototipo, completato l'anno scorso, ha dimostrato che il concetto funziona, ma è stato utilizzato un calore relativamente basso, quindi la sua efficienza è stata solo del 10 percento. Un secondo prototipo che punta a un'efficienza del 20-30% a 500 °C è previsto per questa primavera.
Per il 2012 è previsto un prodotto commerciale con un'efficienza del 40% funzionante a 700 °C. Inizialmente sarà venduto come concorrente più economico e più duraturo delle celle a combustibile utilizzate per la cogenerazione residenziale. La società ritiene di poter produrre il motore per meno di $ 1 per watt e ha un obiettivo a lungo termine di 15 centesimi per watt, il che lo renderebbe meno costoso di un motore a combustione interna comparabile.
Tutto per portarci al 40% di efficienza è esattamente in linea con ciò che abbiamo visto finora dal nostro prototipo, afferma Klopfer, aggiungendo che il 50% è l'obiettivo a lungo termine. Per passare dal 40 percento al 50 percento, dobbiamo aumentare la temperatura a 1.000 °C, e questo richiede l'uso della ceramica.
Mike Hayden , professore di fisica alla Simon Fraser University, afferma che il design di Etalim è promettente, ma ci sono ancora molti lavori di ingegneria da fare per dimostrare che il dispositivo è in grado di gestire alte temperature e raggiungere il tipo di efficienza che lo farebbe risaltare. Ma non c'è dubbio che questi ragazzi abbiano qualcosa di interessante, dice.