Perché sostituire i forni resistentivi con quelli a infrarossi nella produzione di nanotubi di carbonio
Se avete mai provato a produrre nanotubi di carbonio, conoscete bene le difficoltà legate a questo processo. È necessario un controllo termico preciso per ottenere una qualità e una chiralità ottimali. Tuttavia, i forni resistentivi tradizionali sono semplicemente troppo inefficienti: sprecano molta energia per riscaldare l’intera camera, mentre in realtà ciò che conta è solo il substrato su cui avviene la crescita dei nanotubi.
Ecco perché abbiamo optato per lampade a infrarossi a onde corte. Invece di riscaldare tutto, queste lampade riscaldano soltanto la zona interessata. In questo modo si risparmia energia e si riduce notevolmente il costo energetico.
Controllare correttamente la temperatura
Nella produzione di nanotubi di carbonio, la velocità con cui si raggiunge la temperatura di attivazione del catalizzatore è fondamentale. Se si procede troppo lentamente, la qualità dei nanotubi diminuisce. I elementi resistentivi non riescono a tenere il passo con questa velocità. I sistemi a infrarossi, invece, permettono di generare calore quasi istantaneamente. Poiché l’energia viene concentrata esattamente dove avviene la crescita dei nanotubi, non si spreca energia mentre il sistema è fermo. È quindi un modo semplice per ridurre l’impatto ambientale legato alla produzione dei nanotubi.
Inoltre, grazie a queste lampade ad alta potenza, possiamo ridurre l’area da riscaldare; di conseguenza, non è necessario utilizzare tanta energia. Questo allevia notevolmente il carico sulle pompe a vuoto. Onestamente, il personale incaricato della manutenzione apprezzerà molto questa soluzione.
I problemi tecnici
Non è tutto così semplice: bisogna prestare attenzione alla messa in funzione dell’equipaggiamento. Se l’alimentazione elettrica non è stabile, si possono verificare problemi legati alle fluttuazioni di temperatura. Questo può rovinare l’intero processo di produzione. Utilizziamo involucri in quarzo per proteggere l’equipaggiamento dai gas corrosivi. Ma il vero problema è il raffreddamento: è fondamentale assicurarsi che i sistemi di raffreddamento funzionino correttamente. Altrimenti, la struttura delle lampade può surriscaldarsi, causando danni all’equipaggiamento.
Rendere la fabbrica “verde”
Passare ai sistemi a infrarossi significa poter eliminare quei grandi generatori di calore che consumano tantissima energia. I tempi di ciclo diventano molto più rapidi: non è necessario aspettare a lungo che il sistema si riscaldi, quindi il consumo di energia diminuisce. È quindi un modo pratico per raggiungere obiettivi legati alla riduzione delle emissioni di carbonio, senza rallentare la produzione.
L’unica difficoltà è rappresentata dal controllo della temperatura: è necessario utilizzare controller PID ad alta velocità per mantenere la temperatura sotto controllo. Altrimenti, si rischia di superare la temperatura ideale e di danneggiare i nanotubi di carbonio. Ma una volta impostato correttamente il sistema, si ottiene un risultato eccellente.