RIFERIMENTI
Gaetano Di Marco, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Marinella Striccoli, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Giuseppe Lombardo, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Sito web dell’Istituto: www.ipcf.cnr.it
PRINCIPALI ATTIVITA’ NEL SETTORE ENERGIA
L’istituto per i Processi Chimico Fisici svolge attività di ricerca e di trasferimento tecnologico nel campo delle energie rinnovabili. Le principali attività in l’istituto è coinvolto sono sul fotovoltaico di terza generazione, il solare a concentrazione, nuovi materiali per lo stoccaggio di idrogeno e nel settore geotermico. In particolare:
- Studio e sviluppo di innovative celle fotoelettrochimiche di Grätzel che producono energia elettrica tramite l’assorbimento di radiazione luminosa, in particolare dei raggi solari, mediante coloranti sintetici e naturali estratti, questi ultimi, dai succhi di fichi d’India, more, arancia ed in generale di antocianine e betalaine, vedi figura 1;
- Studio e sviluppo di innovativi sistemi solari termodinamici a concentrazione. Questi sistemi utilizzano la concentrazione dei raggi solari per la co-generazione di energia elettrica e termica tramite l’utilizzo di un convertitore termodinamico costituito da un motore stirling free-piston adattato per assorbire la radiazione solare concentrata, vedi figura 2 e figura 3;
- Progettazione e sviluppo di materiali nanostrutturati a base di semiconduttori nanocristallini per applicazioni fotovoltaiche (per celle fotovoltaiche a sensitizzatore), vedi figura 4;
- Sistemi nanostrutturati ibridi organico-inorganico (celle solari ibride) e “all-inorganic” anche su substrato flessibile, per la conversione dell’energia;
- Progettazione e sviluppo di nanomateriali per batterie, vedi figura 5;
- Progettazione, sintesi e caratterizzazione di nanomateriali strutturati quali catalizzatori per energy storage e fuel cells;
- Studi di fattibilità tecnico-economica per la progettazione di impianti geotermici a ciclo chiuso e/o aperto per la produzione di energia termica per la climatizzazione o per l’utilizzo diretto del calore all’interno di processi produttivi, vedi link http://www.vigor-geotermia.it/.
Negli ultimi 5 anni l’Istituto ha partecipato e coordinato differenti progetti nel settore dell’energia. Di seguito si elencano i principali:
- PON01_01840 (Programma di Energie Rinnovabili e Micro-Cogenerazione per l’Agroindustria) il cui scopo è la realizzazione di cicli energetici innovativi per il settore agroindustriale tramite l’utilizzo di sistemi flessibili di piccola taglia per l’autoproduzione di energia dal gas prodotto a partire dagli scarti agro-industriali e dall’energia solare tramite la cogenerazione di energia elettrica e termica (tre anni di progetto, in corso chiusura prevista 31 Ottobre 2015);
- VIGOR (Valutazione del potenziale geotermico delle regioni della convergenza). L’Istituto è stato coordinatore delle attività del WP5 il cui scopo è stato la realizzazione n.8 studi di fattibilità tecnica/economica di soluzioni impiantistiche per l’utilizzo del calore geotermico presente in 4 aree delle 4 Regioni della convergenza. Maggiori informazioni si possono trovare su http://www.vigor-geotermia.it in cui sono pubblicati i risultati principali ottenuti, gli studi di fattibilità e il materiale divulgativo del progetto;
- MAAT- Molecular NAnotechnology for HeAlth and Environment (P.O.N. “Ricerca & Competitività” 2007-2013 per le Regioni della convergenza PON02_00563_3316357 (2012-2015). Piattaforma di ricerca e sviluppo sperimentale per la fabbricazione di nuovi sistemi integrati optolettronici di ultima generazione, basati su processi di Nanotecnologia Molecolare, per applicazione nei settori dell’ambiente e della salute dell’uomo. Obiettivo generale del progetto è l’implementazione e il consolidamento di tecnologie innovative basate su materiali plastici e ibridi organico/inorganico di nuova concezione, a basso costo di produzione e ridotto impatto ambientale;
- Progetto EU FP7 ORION "Ordered Inorganic-Organic Hybrids Using Ionic Liquids For Emerging Applications" EU FP7 NMP-2008-Large-2 NMP-2008-2.4-1 Inorganic-Organic Hybrid Materials (2009-2013) ente finanziatore Commissione Europea. L’obiettivo del progetto è la fabbricazione di materiali ibridi nanostrutturati organici-inorganici che utilizzino liquidi ionici ed il testing di tali materiali nella conversione dell’energia e nell’energy storage.
- Progetto RADIUS “Ricerca Avanzata su Materiali e Dispositivi Organici Innovativi per l’Utilizzo nel Solare” (2012-2013) Progetto di Ricerca sul Fotovoltaico Organico (OPV) nella Rete Nazionale del CNR. L’approccio del progetto RADIUS è quello di sviluppare ed ottimizzare simultaneamente, attraverso un’articolata cooperazione interdisciplinare, i punti critici di un dispositivo fotovoltaico quali materiali, processi ed architetture.
- EFOR. Progetto Energia da FOnti Rinnovabili, Iniziativa CNR per il Mezzogiorno L. 191/2009art. 2 comma, FotovoltaiCo OrgAnico/IBrido dI Terza Generazione (CABIR);
- SAGRO. Progetto finanziato dalla Regione Siciliana. Assessorato Regionale Attività Produttive progetti PO FESR 2007/2013 linea d’intervento 4.1.1.1, Fotovoltaico di III° generazione: sviluppo di celle solari sensibilizzate con coloranti estratti da prodotti vegetali siciliani;
I ricercatori dell’Istituto sono riusciti anche a valorizzare il know-how, prodotto durante l’esecuzione dei progetti, sia in partenariato con spin-off del CNR (DeltaE srl, www.deltaeonline.com) che con una start-up (Innova Energy Solutions, www.innova.co.it) coinvolti nelle attività di ricerca e sviluppo. Si elencano qui di seguito le famiglie di brevetti ottenuti:
- E. Paillard, D. Bresser, M. Winter, S. Passerini, M. Striccoli, E. Binetti, R. Comparelli, M. L. Curri, Forming electrode material for lithium and lithium ion battery involves heat-treating nanoparticles of e.g. titanium dioxide, lithium titanate or silicon coated by monocarboxylic acid and heat-treating for carbonization of coating, European Patent Number: WO2012163426-A1; EP2715843-A1 Patent Assignee: UNIV. WESTFAELISCHE WILHELMS; CONSIGLIO NAZ. DELLE RICERCHE;
- S. Abate, R. Barberi, S. Cucumo, G. Desiderio, G. Lombardo, C. Manfredi, S. Monaco, R. Polillo, G. Posteraro, Concentratore solare ad ottica adattiva, Italian patent n. CS2008A00017;
- G. Lombardo, R. Barberi, S. Abate, G. Desiderio, Assorbitore di calore da radiazione solare per motore Stirling, Brevetto Italiano n. RM2010A000428 e n. Solar radiation heat absorber for stirling motorn.WO201216873, n. CN103052788A;
- G. Lombardo, S. Abate, G. Desiderio, R. Barberi, Metodo di dimensionamento di un generatore solare direttamente esposto alla radiazione solare e generatore solare ottenuto, Brevetto Italiano n. RM2011A000181 e Method for dimensioning a solar generation system, and the solar generation system obtained n. WO2012140575, n. EP12722855, n. US14050533;
- G. Calogero e G. Di Marco, "CELLA SOLARE FOTOELETTROCHIMICA COMPRENDENTE COLORANTI SENSIBILIZZATI ANTOCIANICI E BETALAINICI DI ORIGINE VEGETALE O SINTETICA, O LORO MISCELE" N. MI2008A001844 e relativa estensione internazionale n. WO 2010044122;
INFRASTRUTTURE E STRUMENTAZIONE
- Laboratorio di sintesi, funzionalizzazione e processing di materiali nanostrutturati funzionali;
- Laboratorio di fotocatalisi;
- Laboratorio per la caratterizzazione dei nanomateriali e delle nanostrutture preparate (TEM; SEM, AFM, spettrofotometri (UV, Vis, NIR), spettrofluorimetri (Vis NIR) sia steady state che time resolved, equipaggiati con sfere di integrazione. La determinazione degli spettri elettronici in fase liquida e solida di cromofori nella realizzazione di fotoanodi è assistita anche da tecniche spettroscopiche Raman;
- Calorimetria a scansione differenziale (DSC) e termogravimetria (TG) per lo studio delle transizioni di fase (del primo e secondo ordine), valutare della stabilità termica e dei processi di assorbimento e desorbimento dei materiali.
- Spettroscopia dielettrica (DETA) per la valutazione dei coefficienti fenomenologici e di stato, rilassamenti strutturali al variare di frequenza e temperatura su materiali polimerici.
- Spettroscopia meccanica dinamica (DMTA) su sistemi solidi o semisolidi per la determinazione dei moduli elastici e di perdita, moti locali e segmentali (transizione vetrosa) in macromolecole.
- Caratterizzazione fotoelettrica dei sistemi fotoelettrici mediante Simulatore Solare di classe 3A (area attiva 8"x8")
- Determinazione degli spettri di foto azione (IPCE) delle celle DSSCs mediante
- Controllo della rugosità e dello spessore dei materiali depositati su supporti mediante Profilometro con risoluzione di 100 nm.
- Pireliometro IR.
- Sistema di carico attivo per la caratterizzazione di curve I-V al variare della radiazione solare diretta su piano normale.
- Stampante per prototipizzazione rapida 3D per la lavorazione di ABS con risoluzione di 2 micron.
- Sistema di calcolo numerico.
PUBBLICAZIONI PIU’ SIGNIFICATIVE
1. C. Ingrosso, G. V. Bianco, M. Corricelli, R. Comparelli, D. Altamura, A. Agostiano, M. Striccoli, M. Losurdo, M. L. Curri, G. Bruno, ACS Applied Materials & Interfaces 2015, 7 (7), 4151–4159.
2. G. Calogero, A. Bartolotta, G. Di Marco, A. Di Carlo and F. Bonaccorso, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 3244-3294.
3. G. Calogero, A. Sinopoli, I. Citro, G. Di Marco, V. Petrov, A. M. Diniz, A. J. Parola and F. Pina, Photochem. Photobiol. Sci., 2013,12, 883-894
4. G. Calogero, Jun-Ho Yum, A. Sinopoli, G. Di Marco, M. Grätzel, M. K. Nazeeruddin, Solar Energy, 2012, 86, 1563-1575.
5. Loiudice, A. Rizzo, G. Grancini, M. Biasiucci, M. R. Belviso, M. Corricelli, M. L. Curri, M. Striccoli, A. Agostiano, P. D. Cozzoli, A. M. Petrozza, G. Lanzani, G. Gigli, Energy & Environmental Science 2013, 6, 1565-1572.
6. D. Bresser, E. Paillard, E. Binetti, S. Krueger, M. Striccoli, M. Winter, S. Passerini Journal of Power Sources 2012, 206, 301-309
7. G. Calogero, G. Di Marco, S.Caramori, S. Cazzanti, R. Argazzi, C. A. Bignozzi, Energy Env. Sci. 2009, 2, 1162-1172.
8. G. Calogero and G. Di Marco, Solar Energy Materials and Solar Cells, 2008, 92, 1341-1346
Figura 1: Esempi di realizzazione di DSSCs e loro possibili applicazioni
Figura 2: Concentratore solare termodinamico con termo-convertitore stirling free-piston
Figura 3: Sistema di accoppiamento della radiazione solare per motore stirling free – piston (brevetto licenziato): a) simulazione ad elementi finiti della temperatura raggiunta dall’assorbitore di calore posto sulla testa del motore stirling free piston; b) realizzazione fisica del modello simulato; c) sezione del sistema di accoppiamento della radiazione solare costituito da: 1) un concentratore solare parabolico secondario, 2) assorbitore di calore ed 3) un motore stirling free-piston.
Figura 4: Nanocristalli colloidali (semiconduttori, metalli, ossidi e eterostrutture)
Figura 5: Immagini TEM di nanorods di TiO2 sintetizzati per via colloidale; la carbonizzazione dell’agente di capping porta alla formazione di cammini percolativi elettronicamente conduttivi tra I nanorods. Gli elettrodi composti da tale materiale mostrano elevati valori di capacità e cycle lifetime.
TEMATICHE/SETTORI DI INTERVENTO
- Produzione di energia da fonti rinnovabili
- Ricerca energetica di frontiera