INNOVAZIONE NEL SETTORE ENERGETICO CON IL METODO TRIZ: APPLICAZIONI NEI SETTORI CHIAVE PER IL MEDIO ORIENTE

Abstract

Il settore energetico globale affronta sfide significative a causa della crescente domanda, dell’esaurimento delle risorse tradizionali e dell’urgente necessità di una transizione verso fonti di energia rinnovabile. Questo articolo approfondisce come la Teoria della Soluzione Inventiva dei Problemi (TRIZ), una metodologia scientifica, possa favorire l’innovazione nello stoccaggio e nell’efficienza energetica, in particolare in Medio Oriente. TRIZ fornisce un approccio strutturato per superare le contraddizioni tecniche, rendendola ideale per affrontare problemi complessi nel settore energetico. Con le sue condizioni climatiche uniche e la forte dipendenza dai combustibili fossili, il Medio Oriente necessita di soluzioni energetiche diversificate e sostenibili. Gli strumenti offerti da TRIZ propongono framework solidi per lo sviluppo di soluzioni di alto livello ed efficienti. Tra gli esempi vi sono l’applicazione di TRIZ nello sviluppo di facciate dinamiche e sistemi avanzati di stoccaggio energetico, che dimostrano miglioramenti significativi nell’efficienza energetica e nella sostenibilità. Favorendo una cultura dell’innovazione sistematica, TRIZ può aiutare il Medio Oriente a transitare verso un panorama energetico più sostenibile, bilanciando la crescita economica con la responsabilità ambientale. Questo approccio non solo affronta le sfide energetiche attuali, ma posiziona anche la regione come leader nell’innovazione energetica globale.

Parole chiave: Innovazione, TRIZ, Energia.

1 Introduzione

A livello globale, il settore energetico si trova ad affrontare diverse sfide critiche. La crescente domanda energetica, guidata dalla crescita della popolazione e dall’urbanizzazione, mette a dura prova le infrastrutture esistenti, mentre le risorse energetiche tradizionali, come il petrolio e il carbone, si stanno esaurendo e sono al centro di preoccupazioni ambientali a causa delle loro emissioni di gas serra. Il cambiamento climatico richiede una transizione urgente verso fonti di energia rinnovabile, come il solare e l’eolico, che, pur promettenti, presentano problemi di intermittenza e integrazione nelle reti esistenti [13].

Anche la sicurezza energetica rappresenta una preoccupazione, poiché interruzioni nella fornitura possono avere impatti devastanti sull’economia e sulla società. Ciò che è necessario, quindi, è promuovere soluzioni innovative in ambito tecnologico, organizzativo e gestionale. È indispensabile pensare a nuovi modi per migliorare l’efficienza energetica e ridurre i costi, garantendo al contempo l’accesso universale all’energia, soprattutto nei paesi in via di sviluppo.

2 Situazione in Medio Oriente

Il Medio Oriente, una regione ricca di risorse energetiche, affronta sfide uniche e complesse nel settore energetico. Nonostante l’abbondanza di petrolio e gas naturale, la regione deve diversificare le proprie fonti energetiche per sostenere una crescita economica a lungo termine e ridurre la dipendenza dai combustibili fossili. Le fluttuazioni dei prezzi del petrolio hanno evidenziato la vulnerabilità economica dei paesi che fanno fortemente affidamento sulle esportazioni di petrolio. Inoltre, il cambiamento climatico e le condizioni meteorologiche estreme aumentano la domanda di energia per il raffreddamento, mettendo ulteriore pressione sulle reti elettriche. In questo contesto, la sostenibilità ambientale diventa un tema sempre più rilevante in Medio Oriente. La regione deve far fronte a problemi di inquinamento e gestione delle risorse idriche, aggravati dalle pratiche tradizionali di produzione energetica. La transizione verso fonti di energia più pulita, come l’energia solare ed eolica, è in atto; tuttavia, richiede investimenti sostanziali in infrastrutture e tecnologia. Progetti di energia rinnovabile, come il Noor Abu Dhabi Solar Park, rappresentano passi importanti in questa direzione, ma devono essere replicati su larga scala [3, 7].

La sicurezza energetica è un’altra preoccupazione primaria, in quanto è necessario proteggere le infrastrutture critiche dalle minacce fisiche e informatiche. La gestione delle risorse energetiche nei settori militari e dei servizi pubblici è fondamentale per garantire la continuità dei servizi essenziali [12].

La regione affronta costantemente la sfida dell’efficienza energetica in ambito edilizio e nei grandi complessi, dove l’implementazione di tecnologie avanzate e sistemi di gestione energetica smart porterà a significativi risparmi energetici, riduzione delle emissioni e infrastrutture più robuste.

Per affrontare le sfide sopra descritte è necessaria una combinazione di politiche lungimiranti, innovazioni tecnologiche e investimenti strategici, ambiti nei quali l’approccio TRIZ può offrire soluzioni efficaci per promuovere un futuro energetico sostenibile e sicuro per il Medio Oriente.

3 Cos’è TRIZ

TRIZ, acronimo di “Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadach” (Teoria della Soluzione Inventiva dei Problemi), è una metodologia scientifica sviluppata per affrontare in modo sistematico problemi complessi e fornire soluzioni innovative. Conceputa da Genrich Altshuller e dai suoi collaboratori nell’ex Unione Sovietica negli anni ’40, TRIZ si basa sull’analisi di migliaia di brevetti per identificare schemi comuni di innovazione.

Questo approccio aiuta a superare i limiti della creatività casuale, fornendo strumenti concreti e principi per la risoluzione dei problemi [1].

Al centro di TRIZ c’è l’idea che le soluzioni innovative nascono dall’eliminazione delle contraddizioni. Una contraddizione si verifica quando il miglioramento di un aspetto di un sistema porta al peggioramento di un altro.

L’approccio TRIZ è ben rappresentato da quello che comunemente viene definito “prisma TRIZ”, lo schema logico mediante il quale, partendo da un problema specifico, si lo scompone in tutte le sue componenti (così come un “prisma” scompone un raggio di luce) in una struttura che consente di astrarre il problema dal contesto reale, evidenziando tutte le contraddizioni sottostanti.

Per ciascuna di esse, TRIZ propone soluzioni standard, già identificate statisticamente come efficaci nei milioni di brevetti che costituiscono la base di conoscenza del metodo TRIZ (Figura 1).

La valutazione di questo elenco di concetti risolutivi permette di ritornare al contesto reale e individuare le soluzioni pratiche al problema iniziale.

Figura 1: Il prisma TRIZ

TRIZ include una varietà di strumenti e tecniche per affrontare e risolvere problemi in modo sistematico.

Tra questi, uno degli strumenti più utilizzati è la Matrice delle Contraddizioni, che abbina specifiche contraddizioni tecniche ai principi inventivi appropriati. Questo strumento facilita la ricerca di soluzioni innovative, indicando i principi la cui struttura risolutiva è stata applicata con successo in situazioni simili [1].

L’Analisi delle Risorse è un altro componente chiave di TRIZ. Questo strumento aiuta a identificare e utilizzare le risorse disponibili all’interno del sistema per migliorare le soluzioni. Ad esempio, in un processo produttivo, può essere possibile utilizzare il calore residuo per migliorare l’efficienza energetica. L’analisi delle risorse consente di identificare e massimizzare queste opportunità [4].

Le Leggi di Evoluzione dei Sistemi Tecnici sono un ulteriore strumento fondamentale di TRIZ. Queste leggi permettono di prevedere e guidare lo sviluppo di un sistema tecnico nel tempo. Basandosi su schemi evolutivi identificati attraverso l’analisi storica dei brevetti, tali leggi aiutano a comprendere come un sistema potrebbe evolversi in futuro e quali innovazioni potrebbero essere necessarie per mantenere il vantaggio competitivo. Ad esempio, una delle leggi prevede che i sistemi tendano a diventare più dinamici nel tempo, il che significa che un prodotto potrebbe evolversi per offrire una maggiore flessibilità e adattabilità [9, 4].

L’approccio del Trimming aiuta a semplificare i sistemi eliminando componenti superflue o combinando funzioni. Questa operazione non solo riduce i costi, ma può anche migliorare l’affidabilità e la facilità d’uso del sistema. Ad esempio, in un dispositivo elettronico, l’analisi del trimming potrebbe suggerire di combinare più circuiti in un unico chip, riducendo così il numero di componenti necessari e migliorando l’efficienza complessiva [11].

La complessa struttura degli strumenti TRIZ è organizzata nell’ARIZ, l’Algoritmo di Risoluzione Inventiva dei Problemi, che guida l’utente attraverso un processo step-by-step per risolvere problemi complessi. L’algoritmo aiuta a suddividere il problema in parti più gestibili e a individuare contraddizioni e risorse disponibili nel sistema, portando a una soluzione più efficace.

TRIZ non è limitato alla risoluzione di problemi tecnici; può essere applicato anche a problemi di gestione e organizzativi [6].

Gli stessi principi che guidano l’innovazione tecnica possono essere utilizzati per migliorare i processi aziendali, risolvere conflitti interni e ottimizzare la gestione delle risorse. Ad esempio, una contraddizione comune nel mondo aziendale è la necessità di aumentare la qualità del prodotto riducendo i costi di produzione. Utilizzando TRIZ, le aziende possono trovare modi per raggiungere entrambi gli obiettivi, come l’implementazione di nuove tecnologie produttive o il miglioramento della formazione dei dipendenti per aumentare l’efficienza.

La metodologia TRIZ è particolarmente efficace perché si basa su un approccio scientifico e strutturato. Non si affida alla creatività spontanea o al brainstorming casuale, ma utilizza principi consolidati e processi sistematici per guidare l’utente verso soluzioni innovative. Questo rende TRIZ uno strumento potente per l’innovazione in qualsiasi campo, dall’ingegneria alla medicina, dal business alla pubblica amministrazione.

4 Applicazione di TRIZ nelle Grandi Costruzioni in Medio Oriente

Il settore delle grandi costruzioni in Medio Oriente, caratterizzato da progetti ambiziosi e complessi, può essere notevolmente potenziato dall’applicazione del metodo TRIZ. Questo metodo, con la sua capacità di affrontare i problemi in modo sistematico e innovativo, è particolarmente adatto a risolvere le sfide uniche di questo settore.

Ad esempio, una delle principali sfide è migliorare l’efficienza energetica degli edifici in un clima estremamente caldo. Utilizzando la Matrice delle Contraddizioni, è possibile individuare principi inventivi per aumentare l’isolamento termico senza compromettere la leggerezza dei materiali, coniugando così comfort abitativo e sostenibilità.

Il metodo TRIZ può essere utilizzato anche per affrontare problemi complessi come l’integrazione di tecnologie costruttive sostenibili che riducono l’impatto ambientale senza aumentare i costi di costruzione. TRIZ guida attraverso un processo strutturato per scomporre il problema e individuare soluzioni innovative utilizzando risorse già disponibili nel sistema o che possono essere sviluppate con le risorse esistenti.

L’Analisi delle Risorse è quindi fondamentale nelle costruzioni su larga scala per identificare materiali e tecnologie esistenti che possono essere sfruttati per migliorare l’efficienza e ridurre i costi.

Ad esempio, il metodo può aiutare a trovare modi per utilizzare i rifiuti da costruzione in nuovi componenti edilizi, riducendo sia i costi sia l’impatto ambientale.

Le Leggi di Evoluzione dei Sistemi Tecnici possono inoltre essere impiegate per prevedere le future esigenze del settore e guidare lo sviluppo di nuove tecnologie costruttive. Questo è particolarmente rilevante in una regione in rapido sviluppo come il Medio Oriente, dove anticipare e rispondere rapidamente alle nuove tendenze è essenziale per rimanere competitivi.

4.1 Esempi di TRIZ nelle Grandi Costruzioni: facciate in vetro isolante in aerogel

L’uso dell’aerogel per l’isolamento delle facciate in vetro sfrutta vari principi TRIZ per superare i limiti dei materiali tradizionali. Modificando le proprietà fisiche del materiale, separando le funzioni di trasparenza e isolamento, eseguendo azioni preliminari, utilizzando materiali compatti e meccanizzando la funzione isolante, il vetro con aerogel offre prestazioni superiori rispetto al doppio o triplo vetro riempito con argon, rappresentando un significativo passo avanti nell’efficienza energetica delle costruzioni moderne [5].

Cercando di risolvere la contraddizione tra robustezza e leggerezza del materiale strutturale, e quella tra isolamento termico e passaggio della luce, tramite lo strumento della matrice TRIZ, si può facilmente constatare che TRIZ suggerisce di cercare la soluzione tra i seguenti principi risolutivi [1]:

Principio TRIZ 35: Variazione dei Parametri Fisici e Chimici.

Questo principio suggerisce di modificare le proprietà di un materiale per migliorarne le prestazioni. L’aerogel è un materiale altamente poroso e leggero, con densità estremamente bassa e conduttività termica notevolmente ridotta. Queste proprietà fisiche lo rendono un eccellente isolante termico, molto più efficace dell’utilizzo semplice di gas come l’argon tra i pannelli di vetro. L’innovazione, quindi, nasce dalla modifica delle proprietà fisiche del materiale isolante, passando da un gas intrappolato a un solido altamente poroso.

Principio TRIZ 2: Estrazione di elementi o proprietà.

Questo principio propone di separare gli elementi che creano la contraddizione, migliorando le prestazioni senza compromessi. Nel caso dei vetri isolati a base di aerogel, le funzioni di isolamento termico e trasparenza vengono separate. L’aerogel consente un’elevata trasparenza luminosa mantenendo ottime proprietà isolanti. Ciò supera il limite del vetro tradizionale, che necessita di uno spessore maggiore o di gas tra i pannelli per migliorare l’isolamento, con il rischio di compromettere la trasparenza e l’efficacia isolante.

Principio TRIZ 40: Materiali compositi.

La trasformazione da materiali uniformi a compositi (multipli) migliora le prestazioni attraverso alternative più efficaci e leggere. L’aerogel, essendo estremamente leggero e sottile, consente di ridurre il peso complessivo del vetro senza sacrificare le proprietà isolanti. Questo è particolarmente utile nelle grandi costruzioni dove il peso può influire sul progetto strutturale e sui costi di costruzione.

Alcuni esempi sono la Agbar Tower a Barcellona, dove l’uso di aerogel traslucido nei pannelli della facciata in vetro ha migliorato l’isolamento termico riducendo il consumo energetico fino al 30%; la Hearst Tower a New York City e la Capitol Tower a Houston utilizzano anch’esse l’aerogel nei vetri isolanti per migliorare l’efficienza energetica.

4.2 Esempi di TRIZ nelle Grandi Costruzioni: facciate dinamiche

Le grandi facciate in vetro degli edifici, dotate di sistemi dinamici che reagiscono automaticamente alle condizioni di temperatura e radiazione esterne ed interne, rappresentano una soluzione avanzata per migliorare l’isolamento termico e garantire significativi risparmi energetici. L’adozione di tali sistemi può essere ottimizzata grazie ai principi TRIZ, che evidenziano come le innovazioni tecnologiche possano risolvere le contraddizioni insite nel controllo termico degli edifici.

Si consideri la necessità di migliorare il raffreddamento di un edificio senza aumentare il consumo energetico, la necessità di aumentare la flessibilità funzionale e strutturale di un dispositivo d’ombreggiamento senza diminuirne la robustezza, e la necessità di aumentare l’efficienza di un sistema senza comprometterne la qualità complessiva.

TRIZ risponde a tutte queste esigenze indicando i seguenti principi: TRIZ 15, TRIZ 28 e TRIZ 24.

Principio TRIZ 15: Dinamizzazione.

Il principio della dinamizzazione suggerisce di rendere un sistema o un oggetto dinamico, capace di adattarsi e cambiare in risposta alle condizioni variabili. Le facciate dinamiche rispondono a questo principio regolando automaticamente l’opacità, la riflettività e la trasparenza delle superfici vetrate in funzione della luce solare e delle condizioni di temperatura. Tale adattamento dinamico ottimizza il bilanciamento tra il calore che entra e quello bloccato, riducendo così il fabbisogno di riscaldamento e raffreddamento artificiale.

Principio TRIZ 28: Sostituire i sistemi meccanici, aumentare l’interazione tra strutture e campi.

Questo principio suggerisce di migliorare le prestazioni di un sistema sfruttando l’interazione tra diverse strutture e campi fisici. Le facciate dinamiche possono impiegare materiali e tecnologie capaci di rispondere ai campi termici e luminosi. Ad esempio, le tecnologie elettrocromatiche consentono di modificare la trasparenza del vetro applicando una tensione elettrica, mentre i materiali termocromatici cambiano colore e riflettività in risposta alla temperatura, migliorando l’isolamento termico attraverso l’interazione tra la struttura del materiale e il campo termico.

Principio TRIZ 24: Intermediazione.

Il principio dell’intermediazione suggerisce di inserire un elemento intermedio tra le parti di un sistema per risolvere le contraddizioni. Nei sistemi di facciata dinamica, elementi intermedi come sensori e controllori elettronici monitorano continuamente le condizioni esterne ed interne e regolano le proprietà della facciata in tempo reale. Questo approccio consente un controllo fine e adattivo delle condizioni ambientali interne, ottimizzando comfort ed efficienza energetica.

È facile notare come questo principio integri quanto descritto nella sezione 4.1 (facciate in vetro con aerogel). Il principio 24 indica l’evoluzione dell’uso dell’aerogel verso un sistema in grado di controllarne dinamicamente il comportamento in relazione alle condizioni esterne di temperatura e irradiamento.

Questo ulteriore passo deve essere compiuto senza aggiungere sistemi di controllo elettronico complicati e superflui, ma in modo tale che la soluzione funzioni “in autonomia”.

Di conseguenza, si comprende facilmente come l’utilizzo ricorsivo del metodo TRIZ consenta di anticipare gli sviluppi futuri di qualsiasi sistema tecnologico o organizzativo. In altre parole, passo dopo passo, TRIZ chiarisce il percorso evolutivo della tecnologia analizzata e permette di redigere la roadmap tecnologica delle nostre soluzioni, offrendo un innegabile vantaggio competitivo nella velocità di individuare soluzioni innovative e di alto livello, e competere con maggiore consapevolezza rispetto ai concorrenti.

5 Applicazione di TRIZ nello Stoccaggio Energetico in Medio Oriente

Con il passaggio del mondo verso le fonti di energia rinnovabile, la domanda globale di soluzioni efficienti per lo stoccaggio dell’energia è diventata più critica che mai. Le fonti di energia rinnovabile, come il solare e l’eolico, sono intrinsecamente intermittenti, creando così un’esigenza impellente per sistemi di stoccaggio energetico robusti, capaci di immagazzinare l’energia in eccesso durante i picchi di produzione e di rilasciarla quando la produzione diminuisce.

La sfida non risiede solo nell’immagazzinare grandi quantità di energia, ma anche nel farlo in maniera efficiente, sostenibile e a costi contenuti.

Il Medio Oriente affronta sfide uniche nello stoccaggio energetico a causa delle sue condizioni climatiche e dell’infrastruttura energetica; con un’abbondanza di luce solare, l’energia solare ha un potenziale immenso nella regione.

Tuttavia, le alte temperature possono influire negativamente sulle prestazioni e sulla durata delle tecnologie di stoccaggio convenzionali, come le batterie al litio. Inoltre, la necessità di una fornitura energetica stabile e affidabile è fondamentale in una regione in cui la domanda energetica è in costante aumento a causa della rapida urbanizzazione e crescita industriale [10, 2].

5.1 Esempi di TRIZ nello Stoccaggio Energetico

Le tecnologie di stoccaggio energetico hanno compiuto significativi progressi negli ultimi anni, con numerosi sistemi attualmente disponibili, tra cui batterie al litio, stoccaggio idroelettrico, stoccaggio di energia con aria compressa e tecnologie emergenti come le flow battery e le batterie allo stato solido.

Nonostante questi avanzamenti, ogni tecnologia presenta le proprie limitazioni.

Ad esempio, le batterie al litio, pur essendo altamente efficienti, soffrono di una durata limitata e di alti costi; lo stoccaggio idroelettrico, pur essendo efficace, richiede condizioni geografiche specifiche e un investimento iniziale sostanziale.

Applicando i principi TRIZ, è possibile identificare e superare le contraddizioni intrinseche nelle tecnologie di stoccaggio energetico, portando a sistemi più efficienti ed efficaci.

Ad esempio, per affrontare l’evidente contraddizione tra la necessità di aumentare la densità energetica senza compromettere la sicurezza o i costi, TRIZ indica strategie chiare come la separazione nel tempo o nello spazio delle proprietà contraddittorie; nello sviluppo di batterie avanzate, TRIZ suggerisce di separare le funzioni di stoccaggio e di erogazione all’interno del design della batteria, ottimizzando entrambi gli aspetti in modo indipendente.

Un altro principio chiave di TRIZ è la dinamizzazione (il già menzionato TRIZ 15), che consiste nel rendere i sistemi più flessibili e adattabili. Nello stoccaggio energetico, ciò potrebbe tradursi nello sviluppo di unità di stoccaggio modulari, facilmente scalabili in base alla domanda. Seguendo il principio della dinamizzazione, regolando dinamicamente la capacità di stoccaggio, i fornitori di energia possono meglio allineare l’offerta alla domanda, migliorando l’efficienza complessiva del sistema di distribuzione.

TRIZ riconosce che i sistemi ingegneristici spesso comportano interazioni complesse tra diversi fenomeni fisici e che un design efficace richiede la comprensione di come questi fenomeni interagiscono e si influenzano a vicenda.

L’evoluzione della tecnologia segue spesso la cosiddetta struttura MATChEM, che sta per Meccanico, Acustico, Termico, Chimico, Elettrico e Magnetico. È interessante notare che le sequenze del MATChEM rappresentano le tendenze nell’applicazione dei campi nella risoluzione dei problemi inventivi (Tabella 1) [8].

Semplicemente seguendo la struttura MATChEM, è possibile classificare la soluzione in termini di livello evolutivo. Qui vengono esplorati, tra molti altri, alcuni esempi reali di tecnologie di stoccaggio energetico basate su diversi principi fisici.

Tabella 1: Struttura MATChEM

Stoccaggio Energetico Meccanico

È noto che i principi TRIZ prevedono di rendere un sistema più dinamico per migliorarne la funzionalità. I sistemi di stoccaggio energetico a volano (flywheel) ne sono un esempio, immagazzinando energia sotto forma di energia cinetica rotazionale. Questi sistemi sono costituiti da un disco che ruota ad alta velocità e mantiene il suo momento per immagazzinare energia. Quando è necessaria energia, il volano rallenta, convertendo l’energia cinetica in energia elettrica.

I volani sono altamente efficienti e capaci di cicli rapidi di carica e scarica, rendendoli adatti per stabilizzare le reti elettriche e supportare le fonti rinnovabili; tuttavia, sono sistemi soggetti a usura meccanica e presentano limiti nella capacità di stoccaggio, in quanto solo la parte esterna del volano, con la sua alta velocità periferica, contribuisce significativamente alla capacità di stoccaggio [16].

Restando nel campo meccanico, il principio TRIZ dell’utilizzo di Materiali Porosi suggerisce di impiegare materiali con strutture geometriche e proprietà specifiche per migliorare le prestazioni del sistema. I sistemi CAES (Compressed Air Energy Storage) immagazzinano energia comprimendo l’aria e stoccandola in caverne sotterranee o contenitori. Quando è necessaria energia, l’aria compressa viene rilasciata per azionare turbine e generare elettricità. L’uso di caverne sotterranee porose aumenta l’efficienza e la capacità di stoccaggio di questi sistemi.

La centrale CAES di Huntorf in Germania è uno dei più antichi sistemi CAES operativi, dimostrando la fattibilità e l’efficienza di questa tecnologia per lo stoccaggio energetico su larga scala [14].

Stoccaggio Energetico Chimico

Principio di Separazione: questo principio TRIZ suggerisce di separare gli elementi in conflitto nel tempo o nello spazio. Nelle batterie al litio, la separazione dei portatori di carica (ioni) ed elettroni durante il processo di carica e scarica aumenta l’efficienza e la sicurezza. Le batterie al litio immagazzinano energia attraverso reazioni elettrochimiche tra gli ioni di litio e gli elettrodi, fornendo un’alta densità energetica e una lunga durata di ciclo.

Ad esempio, la Powerwall™ di Tesla utilizza la tecnologia delle batterie al litio per fornire soluzioni di stoccaggio energetico residenziale. La Powerwall™ immagazzina l’energia solare in eccesso per l’utilizzo notturno o in caso di interruzioni, migliorando l’indipendenza e l’efficienza energetica (https://www.tesla.com/powerwall).

Il noto principio TRIZ della Segmentazione prevede la suddivisione di un sistema in parti indipendenti per migliorarne la funzionalità. Le flow battery impiegano questo principio separando la componente di stoccaggio (elettrolita) da quella di generazione di energia (elettrodi). Questo design consente di scalare facilmente in modo indipendente la capacità di stoccaggio e la potenza, rendendo le flow battery adatte per lo stoccaggio energetico su larga scala.

Ad esempio, la Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) di UniEnergy Technologies (UET) esemplifica questo principio (https://www.uetechnologies.com) [15].

Stoccaggio Energetico Elettrico

Principio TRIZ della Qualità Locale: questo principio prevede di migliorare specifiche aree di un sistema per aumentarne le prestazioni complessive. I supercapacitori, noti anche come ultracapacitori, sfruttano questo principio utilizzando materiali ad alta area superficiale e design avanzati degli elettrodi per immagazzinare energia elettrica. A differenza delle batterie, i supercapacitori immagazzinano energia in maniera elettrostatica, consentendo cicli di carica e scarica rapidi con minima degradazione nel tempo [17].

Esempio: Maxwell Technologies, leader nella produzione di supercapacitori, offre prodotti che garantiscono alta densità di potenza e lunga durata dei cicli, ideali per applicazioni che richiedono scariche rapide di energia (https://maxwell.com).

Stoccaggio Energetico Magnetico

Principio di Azione Preliminare: questo principio prevede di adottare misure proattive per affrontare eventuali problemi prima che si verifichino. I sistemi SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) utilizzano magneti superconduttori per immagazzinare energia nel campo magnetico creato dal flusso di corrente continua. Operando a temperature superconduttive in un ambiente pre-raffreddato, questi sistemi minimizzano le perdite energetiche e forniscono risposte rapide, risultando efficaci per la stabilizzazione della rete elettrica e lo stoccaggio di energia a breve termine [18].

Esempio: American Superconductor (AMSC) ha sviluppato sistemi SMES che supportano la rete elettrica e migliorano la qualità dell’energia, rilasciando rapidamente l’energia immagazzinata durante le fluttuazioni (https://www.amsc.com).

Nel campo dello Stoccaggio Energetico Magnetico, è possibile integrare a

nche la soluzione del volano magnetico, che combina i vantaggi del classico volano eliminando lo svantaggio di strutturarlo come oggetto rigido. Con questa soluzione è possibile aumentare la capacità di stoccaggio senza incorrere nei problemi strutturali e di usura tipici del volano tradizionale.

Ad esempio, la soluzione dell’azienda finlandese Teraloop Oy prevede un volano costituito da un anello rotante in un campo magnetico controllato in modo dinamico (https://www.teraloop.org).

6 Conclusioni

La continua ricerca dell’innovazione energetica è fondamentale per affrontare le sfide globali e regionali poste dall’aumento della domanda energetica, dalle preoccupazioni ambientali e dalla transizione verso risorse sostenibili. La Teoria della Soluzione Inventiva dei Problemi (TRIZ), con il suo approccio sistematico e scientifico, si configura come un quadro ottimale per favorire soluzioni rivoluzionarie nel settore energetico. Questa conclusione sottolinea come l’efficacia comprovata di TRIZ in vari ambiti scientifici e tecnici possa catalizzare progressi significativi nelle tecnologie energetiche, in particolare in Medio Oriente. TRIZ si basa sull’analisi degli schemi presenti nella letteratura brevettuale, identificando principi universali di problem solving. La metodologia trascende l’approccio del trial-and-error, offrendo un modo strutturato e algoritmico per innovare. Sfruttando TRIZ, ingegneri e ricercatori possono sistematicamente superare le contraddizioni tecniche, trasformando gli ostacoli in opportunità di progresso.

Come illustrato, il framework TRIZ comprende diversi strumenti e principi progettati per migliorare il pensiero inventivo. Questi includono la Matrice delle Contraddizioni, che aiuta a identificare e risolvere conflitti tecnici, i 40 Principi Inventivi, che forniscono una guida strategica per l’innovazione, e l’approccio MATChEM.

Uno dei punti di forza distintivi di TRIZ è la sua capacità di generare soluzioni di alto livello (cioè innovazioni) che non sono semplici miglioramenti incrementali, ma progressi radicali rispetto alle tecnologie esistenti.

In Medio Oriente, dove le grandi imprese dominano settori quali le costruzioni, l’energia e i servizi pubblici, l’applicazione di TRIZ può generare miglioramenti sostanziali. Ad esempio, nel settore delle costruzioni, TRIZ può agevolare lo sviluppo di materiali da costruzione intelligenti e facciate dinamiche che migliorano notevolmente l’efficienza energetica. Applicando principi come la dinamizzazione e la segmentazione, è possibile progettare edifici in grado di adattarsi alle condizioni ambientali, riducendo il consumo di energia per riscaldamento e raffreddamento.

Analogamente, nel settore energetico, TRIZ può condurre a innovazioni nelle tecnologie solari e nelle soluzioni di stoccaggio. Il principio di separazione, ad esempio, può essere utilizzato per sviluppare pannelli solari che mantengano alta efficienza nonostante temperature estreme, mentre soluzioni avanzate di stoccaggio garantiscono una fornitura energetica stabile anche durante periodi di bassa attività solare.

L’impatto di TRIZ va oltre i miglioramenti tecnici immediati. Promuovendo una cultura dell’innovazione sistematica, TRIZ può elevare le capacità tecnologiche complessive della regione. Questo risulta particolarmente prezioso nella pubblica amministrazione e nei servizi pubblici, dove una gestione efficiente può tradursi in risparmi significativi e in un servizio di qualità superiore. TRIZ si allinea anche con gli obiettivi più ampi di sostenibilità e tutela ambientale. Consentendo lo sviluppo di soluzioni energetiche ad alta efficienza e a basso impatto, TRIZ supporta la transizione verso un panorama energetico più sostenibile. Ciò è cruciale per il Medio Oriente, dove bilanciare la crescita economica con la responsabilità ambientale rappresenta una sfida chiave.

Sfruttando TRIZ, il Medio Oriente può porsi all’avanguardia nell’innovazione, stabilendo un punto di riferimento per altre regioni e assicurando un futuro resiliente per le generazioni a venire.

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