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RICERCA

Nell'ambito della ricerca il Laboratorio svolge attività nei seguenti cinque settori

 

1 - GENERAZIONE DI ENERGIA TERMICA AD ALTA EFFICIENZA

Questa area di ricerca è incentrata sullo studio e lo sviluppo di prototipi di generatori di energia termica (caldaie a gas, a condensazione, a biomassa) per il riscaldamento di unità abitative, con l'obiettivo di ridurre i consumi, ottimizzare le prestazioni, aumentare il comfort all'interno degli ambienti, ridurre l'impatto ambientale.
Questi obiettivi sono perseguiti attraverso aumenti del rendimento e riduzione delle emissioni alle effettive condizioni di carico in esercizio (sia residenziali che commerciali).
A tal fine, presso LEAP si eseguono prove di rendimento, di potenza e di emissioni su diverse tipologie di caldaie utilizzando un banco prova caldaie. Il design del banco prova è stato studiato e realizzato sulla base delle nuove richieste di un mercato in continua evoluzione e per soddisfare le svariate esigenze delle aziende operanti in questo settore. La flessibilità e la versatilità sono i due punti di forza che rendono il banco idoneo per collaudare nuovi prototipi e per sviluppare nuove soluzioni impiantistiche.

 

2 - ENERGIA DA BIOMASSE, RIFIUTI E RESIDUI
Responsabili > Prof. Stefano Consonni, Prof. Michele Giugliano

Questa area di ricerca si concentra sulla produzione di energia da biomasse, rifiuti e residui, con l'obiettivo di valutarne le implicazioni tecnologiche energetiche, ambientali ed economiche.
Ciò sia per tecnologie convenzionali come la combustione su griglia o a letto fluido, sia per tecnologie ancora in fase di sviluppo quali combustione a stadi, gassificazione o pirolisi.
Il termoutilizzo di rifiuti o residui, con e senza produzione di Combustibile Derivato dai Rifiuti (CDR) viene simulato e valutato in un contesto integrato dove recupero di materia e recupero di energia giocano entrambi un ruolo determinante. Dall'analisi di tutta la filiera di trattamento e dalla valutazione dei bilanci complessivi di massa ed energia, l'analisi del ciclo di vita (LCA) fornisce gli indici di merito energetico ed ambientale per il confronto delle alternative tecnologiche e gestionali.
Sul fronte sperimentale, il laboratorio è dotato di strumentazione di avanguardia per la misura di polveri fini e ultrafini, oltre che per la rilevazione dei principali inquinanti regolamentati.
Tale strumentazione, che consente di valutare anche gli effetti dei fenomeni che intervengono a valle dell'emissione in atmosfera, è applicabile peraltro a tutti gli impianti di combustione fissi con alimentazione a gas naturale, combustibili liquidi e solidi.

 

3 - TERMOIDRAULICA DI COMPONENTI DI IMPIANTI NUCLEARI
Responsabile > Prof. Marco Ricotti

Lo studio e la sperimentazione termoidraulica di componenti e sistemi critici, quali i Generatori di Vapore ed i Sistemi di Sicurezza Passivi, riveste una notevole importanza per i Reattori Nucleari di nuova generazione.  Oltre ad essere rilevanti ai fini dell'efficienza e dell'economicità, nuove tipologie di Generatori di Vapore possono giocare ruoli decisivi per l'incremento della sicurezza dei nuovi reattori. LEAP, in collaborazione con i laboratori SIET, dispone delle competenze e delle strutture per l'indagine e la caratterizzazione termoidraulica a piena scala e in condizioni prototipiche (pressioni, temperature, potenze) di componenti e sistemi, quali Generatori di Vapore innovativi (ad es. a tubi elicoidali, a spirale) e corrispondenti Sistemi di Sicurezza a circolazione naturale bifase.
Lo studio teorico-sperimentale delle miscele bifasi consente l'identificazione delle condizioni di crisi termica, la valutazione delle perdite di carico e delle zone di funzionamento stabile dei Sistemi Passivi.

 
4 - TECNOLOGIE PER UTILIZZO COMBUSTIBILI FOSSILI E CATTURA CO2 
Responsabile > Prof. Paolo Chiesa

In questo filone di ricerca vengono studiati diversi aspetti riguardanti la possibilità di allestire centrali per la generazione di elettricità e idrogeno alimentate a combustibili fossili ma nelle quali la CO2 prodotta, invece di essere emessa al camino, viene separata e resa disponibile come flusso ad elevata purezza per un sequestro geologico di lungo periodo. L'attività si sviluppa lungo due principali indirizzi: il primo è dedicato alla valutazione dei bilanci termici di queste centrali attraverso un sofisticato software sviluppato presso lo stesso LEAP.
La seconda attività, abbinando indagine teorica e sperimentale, mira a rendere disponibili affidabili modelli per il calcolo delle proprietà termodinamiche delle miscele di CO2 e altri gas, risultato delle tecniche di separazione utilizzate negli impianti in questione.
La conoscenza di tali proprietà risulta di fondamentale importanza, oltre che al progetto di impianti dotati di sistemi di cattura della CO2 anche per il dimensionamento delle linee di trasporto della CO2 dal luogo di generazione a quella di immagazzinamento e per lo studio della fisica dei processi di iniezione e migrazione della CO2 nelle formazioni geologiche di stoccaggio.

 

5 - ENERGIE RINNOVABILI O ASSIMILATE
Responsabile > Prof. Stefano Consonni

L'attività sulle energie rinnovabili si concentra su solare ed eolico. Per il solare si effettuano valutazioni tecnico-economiche di pannelli fotovoltaici, sia convenzionali sia di nuova concezione (giunzione multipla, con inseguimento, etc.); tra le problematiche considerate, l'integrazione con sistemi di conversione elettrica innovativi.
E' in corso di definizione un progetto per la simulazione e la prova di tecnologie fotovoltaiche a concentrazione, con cogenerazione di calore a bassa temperatura. Per l'eolico si valuta il potenziale di produzione a livello regionale e nazionale, con l'obiettivo di inviduare i siti più interessanti per l'installazione di macchine di media e grande taglia.
A questa area afferisce anche l'attività sulle fonti assimilate alle energie rinnovabili, in particolare la cogenerazione industriale e la cogenerazione con teleriscaldamento per usi civili.

Per questi sistemi si effettuano simulazioni, valutazioni di prestazioni ed emissioni, studi di fattibilità, ottimizzazioni di processo e di configurazione dell'impianto.