I cavi ad alta tensione in corrente continua, in grado di trasportare in modo efficiente l'elettricità su lunghe distanze, svolgono un ruolo fondamentale nella nostra fornitura di energia elettrica. Ottimizzare le loro prestazioni è quindi una sfida importante. Con questo obiettivo in mente, scienziati della Chalmers University of Technology, Svezia, presentare un nuovo materiale isolante fino a tre volte meno conduttivo, offrendo miglioramenti significativi alle proprietà e alle prestazioni di tali cavi.

Se vogliamo passare a un mondo alimentato da energie rinnovabili, un trasporto efficiente dell'elettricità a lunga distanza è essenziale, poiché le fonti di energia rinnovabile come l'energia eolica e solare, così come le dighe idroelettriche, si trova spesso lontano dalle città, dove esiste la maggior parte della domanda. Cavi in ​​corrente continua ad alta tensione, o cavi HVDC, sono il mezzo più efficiente per trasportare l'elettricità su lunghe distanze. I cavi HVDC con uno strato isolante possono essere interrati o posati sul fondo del mare, consentendo una notevole espansione delle reti, e molti progetti sono attualmente in corso per collegare diverse parti del mondo. In Europa, ad esempio, il progetto NordLink collegherà la Norvegia meridionale e la Germania, e i progetti di cavi HVDC costituiscono una parte significativa delle energiewende, Il piano generale della Germania per passare a un approvvigionamento energetico più sostenibile dal punto di vista ambientale.

"Per poter gestire la domanda globale di elettricità in rapida crescita, I cavi HVDC efficienti e sicuri sono un componente essenziale. La fornitura di energia rinnovabile può variare, quindi essere in grado di trasportare l'elettricità attraverso reti a lunga distanza è una necessità per garantire una distribuzione stabile e affidabile, "dice Christian Müller, capofila della ricerca e docente presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers University of Technology.

Durante il trasporto, dovrebbe essere persa la minor quantità di energia possibile. Un modo per ridurre la perdita di trasmissione come questa è aumentare il livello di tensione della corrente continua.

"Però, un aumento della tensione di trasmissione influisce negativamente sull'isolamento di un cavo HVDC, " spiega Xiangdong Xu, specialista di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica della Chalmers University of Technology.

"Le conseguenti sollecitazioni del campo elettrico più elevate potrebbero essere gestite se la conduttività elettrica del materiale isolante fosse ridotta a sufficienza".

I ricercatori ora presentano un nuovo modo per ridurre la conduttività di un materiale isolante.

Un materiale che conferisce ai cavi una conduttività tre volte inferiore

La base del nuovo materiale è il polietilene, che è già utilizzato per l'isolamento nei cavi HVDC esistenti. Ora, aggiungendo quantità molto piccole - 5 parti per milione - del polimero coniugato noto come poli (3-esiltiofene), i ricercatori sono stati in grado di abbassare la conduttività elettrica fino a tre volte

L'additivo, noto anche come P3HT, è un materiale ampiamente studiato, e viste le piccole quantità richieste, apre nuove possibilità ai produttori. Altre possibili sostanze che sono state precedentemente utilizzate per ridurre la conduttività sono nanoparticelle di vari ossidi metallici e altre poliolefine, ma questi richiedono quantità significativamente maggiori.

"Nella scienza dei materiali, ci sforziamo di utilizzare gli additivi nelle quantità più piccole possibili, al fine di aumentare il loro potenziale di utilizzo nell'industria e per un migliore potenziale di riciclaggio. Il fatto che sia necessaria solo una quantità molto piccola di questo additivo per ottenere l'effetto è un grande vantaggio, "dice Christian Müller.

Una scoperta che potrebbe aprire un nuovo campo di ricerca

polimeri coniugati, come P3HT, sono stati utilizzati in passato per progettare elettronica flessibile e stampata. Però, questa è la prima volta che vengono utilizzati e testati come additivo per modificare le proprietà di una plastica di base. I ricercatori ritengono quindi che la loro scoperta potrebbe portare a numerose nuove applicazioni e direzioni per la ricerca.

"La nostra speranza è che questo studio possa davvero aprire un nuovo campo di ricerca, ispirare altri ricercatori a esaminare la progettazione e l'ottimizzazione di materie plastiche con proprietà elettriche avanzate per applicazioni di trasporto e stoccaggio dell'energia, "dice Christian Müller.

L'articolo scientifico, intitolato "Riutilizzare il poli (3-esiltiofene) come additivo per la riduzione della conduttività per l'isolamento ad alta tensione a base di polietilene, " è stato pubblicato sulla rivista Materiale avanzato .