La conversione diretta dell’energia termica in elettricità avviene attraverso un processo noto come generazione termoelettrica, che sfrutta l’effetto Seebeck. Questo effetto comporta la conversione delle differenze di temperatura attraverso un materiale termoelettrico direttamente in tensione elettrica. I generatori termoelettrici sono costituiti da coppie di materiali con diverse conduttività elettriche e proprietà termoelettriche. Quando un’estremità della coppia di materiali viene riscaldata e l’altra estremità viene raffreddata, si stabilisce un gradiente di temperatura che fa sì che gli elettroni fluiscano dal lato caldo a quello freddo, generando così una corrente elettrica. Questo fenomeno consente la conversione diretta dell’energia termica in energia elettrica senza la necessità di intermediari meccanici.
Per convertire l’energia termica in elettricità si possono impiegare varie tecnologie a seconda della fonte di calore e dell’efficienza desiderata. Un metodo comune prevede l’utilizzo di motori termici come turbine a vapore o motori Stirling. In una turbina a vapore, l’energia termica derivante dalla combustione di combustibili fossili o da reazioni nucleari viene utilizzata per produrre vapore, che aziona una turbina collegata a un generatore elettrico. La rotazione della turbina genera elettricità mentre il generatore converte l’energia meccanica in energia elettrica. I motori Stirling funzionano secondo un principio diverso, utilizzando i differenziali di temperatura per muovere avanti e indietro un pistone, che a sua volta aziona un generatore per produrre elettricità.
La conversione dell’energia in elettricità comporta tipicamente lo sfruttamento di una fonte di energia primaria, come l’energia meccanica, termica, chimica o nucleare, e la sua conversione in energia elettrica attraverso varie tecnologie. L’energia meccanica può essere convertita direttamente utilizzando generatori azionati da turbine o motori. L’energia termica, come il calore derivante dalla combustione o dalle reazioni nucleari, può essere convertita in energia meccanica attraverso motori o turbine, che viene poi trasformata in energia elettrica tramite generatori elettrici. L’energia chimica immagazzinata nei combustibili può anche essere convertita attraverso processi di combustione per generare calore, che viene poi utilizzato per produrre energia elettrica attraverso centrali termiche o motori.
La generazione di elettricità dall’energia termica generalmente comporta l’utilizzo di fonti di calore come combustibili fossili, reattori nucleari, collettori solari termici o serbatoi geotermici. Queste fonti di calore vengono utilizzate per produrre vapore o gas caldi, che a loro volta azionano turbine collegate a generatori elettrici. Nel caso dei combustibili fossili e delle centrali nucleari, il calore viene utilizzato per far bollire l’acqua e produrre vapore, che aziona le turbine. Le centrali solari termiche focalizzano la luce solare utilizzando specchi o lenti per generare alte temperature che producono vapore per azionare le turbine. Le centrali geotermiche utilizzano il calore proveniente da serbatoi sotterranei di acqua calda o vapore per azionare turbine e generare elettricità.
L’energia termica può essere convertita in elettricità attraverso diversi metodi, a seconda della fonte di calore e dell’efficienza desiderata. Nella conversione termoelettrica, il calore viene convertito direttamente in elettricità utilizzando materiali termoelettrici che generano una tensione quando esposti a un gradiente di temperatura. Un altro metodo prevede l’utilizzo di motori termici come turbine a vapore, motori Stirling o motori a combustione interna. Questi motori utilizzano il calore per produrre energia meccanica, che viene poi convertita in elettricità tramite generatori. Inoltre, tecnologie come la termofotovoltaica (TPV) convertono il calore in luce, che viene poi convertita in elettricità dalle celle fotovoltaiche. Ciascun metodo ha le sue applicazioni e caratteristiche di efficienza a seconda dei requisiti e delle condizioni specifici della fonte di calore e del processo di conversione.