Università di Pisa
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NEST - Network for Energy Sustainable Transition

Acronimo: 
NEST
SSD: 
IIND-07/A
Ambito: 

Il laboratorio NEST (Network for Energy Sustainable Transition) fa parte dell’omonima rete interuniversitaria e del Partenariato Esteso finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR) nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR).

All’interno di questo progetto, il laboratorio NEST è coinvolto attivamente in due ambiti principali:

  • Spoke 4 – Clean Hydrogen and Final Uses: 

    All’interno di questo spoke, le attività di ricerca si concentrano in particolare su due fronti: 

    • tecnologie per elettrolisi,per la progettazione, caratterizzazione e test di componenti e dispositivi elettrochimici per la produzione e impiego di idrogeno
    • usi finali dell’idrogeno. Ad esempio, sono allo studio soluzioni per favorire l’integrazione dell’idrogeno nei sistemi energetici esistenti, il blending con il gas naturale per la combustione in sistemi convenzionali e lo sviluppo di nuovi scenari industriali sostenibili, per ridurre le emissioni nei settori industriali più difficili da decarbonizzare (hard-to-abate). 

    In questo ambito di ricerca è attiva una collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale e il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università di Pisa. La strumentazione utilizzata nell'ambito di questo spoke fa parte di un laboratorio integrato interdipartimentale esteso e diffuso: alcune delle apparecchiature in dotazione al laboratorio sono condivise con altri dipartimenti dell'Università di Pisa.

  • Spoke 6 – Energy Storage: 

    All’interno di questo spoke, sono allo studio soluzioni innovative per l’accumulo termico, che si basano sui cosiddetti microencapsulated phase change slurries (MPCS), fluidi innovativi composti da particelle con nucleo paraffinico microincapsulato in un guscio polimerico e disperse in un fluido vettore (tipicamente acqua). Questa soluzione consente di incrementare la densità energetica rispetto all’acqua, sfruttando il calore latente della paraffina senza alterarne la fluidità nelle diverse fasi operative. Queste ricerche mirano a ottimizzare l'uso dell'energia termica nei sistemi energetici complessi, contribuendo alla sostenibilità e all'efficienza energetica. In questo ambito di ricerca è attiva una collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa.

 

Una terza linea di attività del Laboratorio NEST riguarda la ricerca applicata nel settore del monitoraggio ambientale finalizzato all’efficienza energetica e al comfort negli edifici. Vengono progettate e condotte campagne sperimentali in ambienti interni, con misure di illuminamento, concentrazione di CO₂, comfort acustico, temperatura e umidità relativa. Le rilevazioni vengono eseguite tramite dispositivi di sensoristica ambientale, sia analogica che digitale, e tramite multimetri professionali. I dati raccolti sono utilizzati per l’ottimizzazione energetica e il supporto alla progettazione di ambienti a basso impatto energetico e alta qualità ambientale.

Top

Team

Per lo Spoke 4 – Clean Hydrogen and Final Uses: Prof. Alessandro Franco, Michele Rocca, Lorenzo Miserocchi, Caterina Giovannini

Per lo Spoke 6 – Energy Storage: Prof. Daniele Testi, Prof. Paolo Conti, Eva Schito, Alekos Garivalis

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Franco Alessandro

Professore ordinario
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Testi Daniele

Professore ordinario
Paolo CONTI

Conti Paolo

Professore associato
Top

Attività/Activities

Per lo Spoke 4 – Clean Hydrogen and Final Uses:

  • Analisi simulative e metodologiche per:
    • l’integrazione dell’idrogeno nei sistemi energetici esistenti,
    • blending con il gas naturale per la combustione in sistemi convenzionali
    • sviluppo di nuovi scenari industriali sostenibili, per ridurre le emissioni nei settori industriali più difficili da decarbonizzare (hard-to-abate) 

Per lo Spoke 6 – Energy Storage, si svolgono le seguenti attività:

  • conduzione di prove sperimentali per la determinazione delle caratteristiche termofluidodinamiche e della capacità di accumulo dell’energia termica in serbatoi contenenti acqua o slurry di materiali a cambiamento di fase microincapsulati.
  • determinazione dell’andamento del campo di temperatura nelle fasi di carica e scarica dell’accumulo
  • studio dei fenomeni di scambio termico in condizioni operative reali, valutando l'efficienza del trasferimento di calore in presenza di convezione naturale e forzata.
  • sviluppo di modelli numerici per prevedere il comportamento termico e fluidodinamico dei MPCS in diverse configurazioni di sistema.
  • analisi di integrazione degli accumuli in sistemi energetici in diverse configurazioni e taglie per la determinazione degli indicatori di prestazione energetica e di scambio termico.

Per le attività nel campo del monitoraggio ambientale, si svolgono le seguenti attività:

  • progettazione e implementazione di sistemi di monitoraggio ambientale in edifici pubblici condivisi, con focus su spazi educativi e sanitari.
  • monitoraggio dei principali parametri ambientali indoor: concentrazione di CO₂, illuminamento, temperatura, umidità relativa e comfort acustico.
  • utilizzo di sensori ambientali analogici e digitali a basso costo integrati in reti IoT sicure, per l’acquisizione e la gestione remota dei dati.
  • analisi della correlazione tra qualità dell’aria indoor e livelli di occupazione, per ottimizzare la ventilazione meccanica e ridurre i consumi energetici.
  • integrazione con tecnologie smart building e protocolli di gestione energetica basati sui dati raccolti.
  • conduzione di campagne sperimentali per valutare strategie di risparmio energetico e protocolli di sicurezza e salute.
  • valutazione dell’impatto delle tecnologie IoT sulla sostenibilità, sicurezza e gestione intelligente degli edifici.

 

Di seguito una tabella con le principali pubblicazioni su rivista scientifica su argomenti inerenti il laboratorio NEST.

Titolo pubblicazione

Anno

Rivista

Experimental characterisation of heat transfer and energy storage performance in agitated microencapsulated phase change slurries

2025

International Communications in Heat and Mass Transfer

Green Hydrogen and the Energy Transition: Hopes, Challenges, and Realistic Opportunities

2025

Hydrogen

Integrated Plant Design for Green Hydrogen Production and Power Generation in Photovoltaic Systems: Balancing Electrolyzer Sizing and Storage

2025

Hydrogen

Energy Savings in University Buildings: The Potential Role of Smart Monitoring and IoT Technologies

2025

Sustainability

Routes for Hydrogen Introduction in the Industrial Hard-to-Abate Sectors for Promoting Energy Transition

2024

Energies

Beyond water: Physical and heat transfer properties of phase change slurries for thermal energy storage

2024

Cell Reports Physical Science

Integrating Energy Efficiency and Occupancy Control in Shared Public Buildings: A Data-Driven Approach

2024

Mathematical Modelling of Engineering Problems

Industrial Decarbonization through Blended Combustion of Natural Gas and Hydrogen

2024

Hydrogen

Renewable Electricity and Green Hydrogen Integration for Decarbonization of “Hard-to-Abate” Industrial Sectors

2024

Electricity

Hydrogen Gas Compression for Efficient Storage: Balancing Energy and Increasing Density

2024

Hydrogen

Synergy in Action: Integrating Environmental Monitoring, Energy Efficiency, and IoT for Safer Shared Buildings

2024

Buildings

Recent and Future Advances in Water Electrolysis for Green Hydrogen Generation: Critical Analysis and Perspectives

2023

Sustainability

Optimal design of direct expansion systems for electricity production by LNG cold energy recovery

2023

Energy

Top

Progetti/Projects

CUP I53C22001450006
blocco loghi

Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza MISSIONE 4 COMPONENTE 2 (Investimento 1.3 – Avviso pubblico per la presentazione di Proposte di intervento per la creazione di “Partenariati estesi alle università, ai centri di ricerca, alle aziende per il finanziamento di progetti di ricerca di base”)

The project "NEST, Network for Energy Sustainable Technologies" framed in the PE program "Green Energies for the Future" aims to connect the main laboratories and university research groups and the main national research bodies, identifying interdisciplinary skills in order to develop technologies for the conversion and use of renewable sources that should be sustainable, both from an environmental and a social point of view, and resilient for the energy production and distribution, while being less subject to the risks deriving from the current supply system of fossil fuels, basically, oil, and natural gas. 

The ambition is to build a competent Italian leadership, strongly integrated with the territory and companies and capable of supporting the future development towards sustainable and decarbonized energy production and distribution.

This organization allows for a strong interaction among the research groups active in the different spokes, backed up by a significant investment in human resources and infrastructures to increase TRL (Technology Readiness Level) of the most promising ideas and make solutions scalable in the 9 different spokes involved.

Spoke 4 is about “Clean Hydrogen and Final Uses”. Recent EU policies and Italian PNRR and PNR identified hydrogen as key enabling energy vector for National/EU future. In this sense, Italy has to promote a new economic paradigm, where H2 will have a pivotal role. Spoke 4 aims to lay down a technology roadmap to boost Italian H2 revolution, based on innovative technologies, materials and enabling tools (modelling and regulatory approach).  At this purpose 5 WPs have been identified, all of them targeting to study a specific “enabling angle” of this new H2 ecosystem and promoting R&D via a technology transfer approach and looking at overall sustainability/manufacturability. The WPs will always assess the following aspects:  Modelling, Material, Prototyping (at component and system level) and low scale experimental activities in key Italian labs (targeting TRL4/5 and application in different sectors (hydrogen production and use, stationary and mobile application, civil and industrial contexts), Impact assessment and identification of drivers/barriers for the promotion of FCH technology.

Coordinator: 

University of Genova (UNIGE)– Leader

Main Contact: Loredana Magistri

 

Co-Leader: ENEA 

Main Contact: Giulia Monteleone

 

Other Partners: 

  • FBK – Affiliate - Main Contact: Matteo Testi
  • POLIBA – Affiliate - Main Contact: Marco Torresi
  • POLIMI – Affiliate - Main Contact: Matteo Maestri
  • UNIBO – Affiliate - Main Contact: Valerio Cozzani
  • CNR – Affiliate -Main Contact: Antonino Aricò
  • UNIPI – Affiliate - Main Contact: Alessandro Franco
  • UNIROMA1 – Affiliate - Main Contact: Livio De Santoli
  • IIT – Affiliate - Main Contact: Fabrizio Pirri
  • IREN - Affiliate - Main Contact: Giulio Buffo
  • SNAM - Affiliate - Main Contact:  Matteo Lualdi
  • BAKER HUGHES - Affiliate - Main Contact: Marco Ruggiero
  • ARCO FC - Affiliate - Main Contact: Andrea Raggi, Giovanni Cufalo
  • INTESA SANPAOLO - Affiliate - Main Contact: Paolo Panzarini

 


Start date:  1 novembre 2022
End date: 28 febbraio 2026
Duration: 36 months
WEBSITE: https://fondazionenest.it

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Franco Alessandro

Professore ordinario
Finanziamento: 
Categoria: 

CUP I53C22001450006
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Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza MISSIONE 4 COMPONENTE 2 (Investimento 1.3 – Avviso pubblico per la presentazione di Proposte di intervento per la creazione di “Partenariati estesi alle università, ai centri di ricerca, alle aziende per il finanziamento di progetti di ricerca di base”)

 

Un’infrastruttura di stoccaggio dell’energia efficace è fondamentale per raggiungere obiettivi ambiziosi nella penetrazione delle fonti di energia rinnovabile e nella decarbonizzazione dei processi produttivi. Le attività del progetto sono concepite per sviluppare tecnologie innovative, dai componenti ai sistemi, e metodi per affrontare specifiche problematiche legate allo stoccaggio a breve e lungo termine di vari vettori energetici. In particolare, il gruppo di ricerca DESTEC si concentra sui concetti di stoccaggio dell'energia termica basati sul calore sensibile (compresa la geotermia) e sul calore latente (materiali avanzati a cambiamento di fase).

Le sospensioni acquose di materiali a cambiamento di fase microincapsulati sono state identificate come il fluido più adatto per migliorare le prestazioni dell’acqua pura nei sistemi di stoccaggio termico a bassa temperatura a breve termine. Le sospensioni a cambiamento di fase mantengono i vantaggi dello stoccaggio termico dei materiali a cambiamento di fase, affidandosi alla fluidità per superare le inefficienze nel trasferimento di calore causate dalla loro scarsa conducibilità termica. Le proprietà termofisiche e le caratteristiche del trasferimento di calore di questi fluidi complessi vengono studiate sia teoricamente che sperimentalmente. Sono effettuate misurazioni di densità, coefficiente di espansione, calore specifico, conducibilità termica e viscosità delle sospensioni in funzione della temperatura. Le attività sperimentali vengono condotte su un serbatoio di stoccaggio in scala dotato di agitatore per valutare le dinamiche di carica e scarica in termini di energia e potenza termica scambiata a diverse concentrazioni delle sospensioni. È attesa una crescita del 50% nella densità di energia immagazzinata rispetto all’acqua. È prevista la sintesi di materiali a cambiamento di fase e di incapsulamento rispettosi dell’ambiente.

Inoltre, le proprietà e le prestazioni delle sospensioni a cambiamento di fase vengono integrate nelle simulazioni dei sistemi energetici per determinare la dimensione ottimale dell’accumulo ed esplorare soluzioni avanzate di gestione e controllo in diverse configurazioni e disposizioni del sistema energetico.

Gli aspetti ambientali globali vengono considerati insieme all’efficacia tecnica.

 

Start date: 01/11/2022
End date: 28/02/2026
Duration: 36 months
Website: https://fondazionenest.it/spoke/energy-storage/

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Testi Daniele

Professore ordinario
Marco Raugi

Raugi Marco

Professore ordinario
Finanziamento: 
Categoria: 
Top

Partners

Top

Servizi/Services

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Attrezzature/Equipments

Bagno termostatico con circolatore Thermo Fischer Scientific Thermoflex 7500 raffreddato ad aria 
Potenza frigorifera (@ 20°C setpoint, 25°C ambiente esterno): 6425 W 
Potenza termica: 4600 W 
Range di temperatura: +5-90°C 
Stabilità di temperatura: ±0.1 K</p>

Ingegneria Energetica

IT: Bagno termostatico con circolatore Thermo Fischer Scientific Thermoflex 1400 raffreddato ad aria
Potenza frigorifera (@ 20°C setpoint, 25°C ambiente esterno): 1170 W
Potenza termica: 2800 W
Range di temperatura: +5-90°C
Stabilità di temperatura: ±0.1 K

EN: Recirculating chiller Thermo Fischer Scientific Thermoflex 1400 air-cooled
Cooling Capacity (@ 20°C process setpoint, ambient temperature 25°C): 1170 W
Heating capacity: 2800 W
Temperature Range: 5°C to 90°C
Temperature Stability: ±0.1°C

Ingegneria Energetica

Sistema di acquisizione di temperatura costituito da sensore di Bragg in fibra ottica, 4 canali di acquisizione, interrogatore a sorgente depolarizzata.
Frequenza di acquisizione: 100/1000 Hz.
Banda ottica: 100 nm

Ingegneria Energetica

Dilatometro a volume Leybold per la misura del coefficiente di espansione volumetrica di un liquido. 

Coefficiente di espansione volumetrica dell'ampolla: 0.834 104 K-1 

Volume: 50 cm3

Ingegneria Energetica

Calorimetro a scansione differenziale DSC 4000 PerkinElmer
Strumento a singola fornace per analisi e misurazione di effetti termici
Range di temperatura: 5 - 450°C
Velocità di riscaldamento controllata: da 0.1 a 100 °C/minuto

Ingegneria Energetica

A5000T strumento di acquisizione dedicato alla misura della conducibilità termica del terreno. 

Misura da 0.02 a 16000 W/(mK) con rappresentazione grafica in automatico della curva secondo ASTM D 5334-92. 

Sonda conducibilità termica CTS-120, con punta di perforazione terreno

Ingegneria Energetica

Analizzatore termogravimetrico (TGA) ad alta sensibilità con sensore in platino LINSEIS

Microbilancia sub-microgrammo; risoluzione elevata; autosampler fino a 90 campioni; riscaldamento fino a 250 °C/min

Ingegneria Energetica

Agitatore magnetico Vortex  multifunzione per miscelazione omogenea, con piastra in ceramica, per membrane, Heidolph Instruments 

Fino a 26 contenitori; orbita 3 mm; intervallo velocità 150–2000 rpm; temperatura 0–50 °C

Ingegneria Energetica

Applicatore automatico per stesura di film sottili di membrane polimeriche a spessore controllato con pompa a vuoto. 

Velocità di applicazione: 2–100 mm/s; pompa a vuoto per adesione della carta di prova

Ingegneria Energetica

Lappatrice/lucidatrice a velocità variabile per dischi da 230–300 mm STRUERS 

Velocità regolabile 50–500 rpm; carico nominale 1300 W; temperatura di lavoro 5–40 °C

Ingegneria Energetica

Incubatore refrigerato   

Range di temperatura: -5 °C / +100 °C; raffreddamento; velocità ventilatore regolabile; porta riscaldata

Ingegneria Energetica

Coriolimetro SIEMENS SITRANS FC MASS 6000

Precisione 0.1%; misura di portata massica, densità, temperatura; calcolo di frazione, viscosità, flusso volumetrico standard

Ingegneria Energetica

Sensoristica ambientale digitale e analogica con piattaforma Arduino per acquisizione dati ambientali.

Misura VOC, particolato (PM1.0-10), temperatura, umidità, rumore, luce, CO₂; movimento, luce, NH3

Ingegneria Energetica
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daniele.testi@unipi.it

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