Sviluppo di materiali e processi per il miglioramento dell’efficienza energetica e la mitigazione degli effetti dei cambiamenti climatici

This thesis investigates innovative solutions to mitigate the effects of atmospheric icing on electrical infrastructure, a challenge exacerbated by the increasing frequency of extreme weather events linked to climate change. A multidisciplinary approach has been adopted to explore passive anti-icing strategies, leveraging the chemical and physical properties of materials to reduce the accumulation of ice and snow. The study focuses on elastomeric coatings, particularly those based on polydimethylsiloxane (PDMS). Comparative analyses between Sylgard184 and Sylgard186 formulations identified optimal compositions and curing conditions to enhance anti-icing performance. Experimental results demonstrate that Sylgard184, prepared in a 30:1 A:B ratio and cured at 100°C for one hour, offers a promising combination of durability and anti-icing efficiency, with an adhesion reduction factor (ARF) of 6. Snow accretion tests conducted in simulated conditions revealed effective performance against dry and hybrid snow but highlighted limitations with wet snow. Further innovations included infusing lubricants into elastomeric matrices to create slippery coatings and employing thermal spraying techniques to deposit polyethylene layers, achieving enhanced anti-icing properties with careful optimization of coating thickness. Additionally, this research delved into superhydrophobic and slippery liquid-infused porous surfaces (SLIPS) on aluminum substrates. The study optimized the Aluminium-Water reaction to generate functionalized hierarchical nanostructures, demonstrating that smoother substrates provide superior anti-icing performance compared to rougher alternatives. The findings underscore the importance of balancing hydrophobicity, durability, and mechanical properties for effective anti-icing applications. This work lays a foundation for the development of sustainable, scalable, and energy-efficient materials, paving the way for industrial implementation to improve the resilience and reliability of electrical grids against atmospheric icing.

Questa tesi indaga soluzioni innovative per mitigare gli effetti del fenomeno di ghiacciamento atmosferico sulle infrastrutture elettriche, una sfida aggravata dalla crescente frequenza di eventi meteorologici estremi legati al cambiamento climatico. È stato adottato un approccio multidisciplinare per esplorare strategie antighiaccio passive, sfruttando le proprietà chimico-fisiche dei materiali per ridurre l’accumulo di ghiaccio e neve. Lo studio si concentra sui coating elastomerici, in particolare quelli a base di polidimetilsilossano (PDMS). Analisi comparative tra le formulazioni Sylgard184 e Sylgard186 hanno identificato composizioni e condizioni di reticolazione ottimali per migliorare le prestazioni antighiaccio. I risultati sperimentali dimostrano che Sylgard184, preparato in rapporto A:B 30:1 e reticolato a 100°C per un’ora, offre una promettente combinazione di durabilità ed efficienza antighiaccio, con un Adhesion Reduction Factor (ARF) pari a 6. Test di accumulo di neve condotti in condizioni simulate hanno evidenziato prestazioni efficaci contro neve secca e ibrida, ma hanno sottolineato limitazioni in presenza di neve bagnata. Ulteriori innovazioni hanno incluso l’infusione di lubrificanti nelle matrici elastomeriche per creare coating scivolosi e l’impiego di tecniche di spruzzatura termica per depositare strati di polietilene, ottenendo proprietà antighiaccio migliorate attraverso l’ottimizzazione dello spessore del coating. Inoltre, questa ricerca ha esplorato superfici superidrofobiche e slippery liquid-infused porous surfaces (SLIPS) su substrati in alluminio. Lo studio ha ottimizzato la Aluminium-Water reaction per generare nanostrutture gerarchiche funzionalizzate, dimostrando che i substrati lisci offrono prestazioni antighiaccio superiori rispetto a quelli più rugosi. I risultati evidenziano l’importanza di bilanciare idrofobicità, durabilità e proprietà meccaniche per applicazioni antighiaccio efficaci. Questo lavoro getta le basi per lo sviluppo di materiali sostenibili, scalabili ed energeticamente efficienti, aprendo la strada all’implementazione industriale per migliorare la resilienza e l’affidabilità delle reti elettriche esposte al ghiacciamento atmosferico.