Nuovi reattori per un accumulo termochimico efficiente dell’energia

L’energia proveniente dalle risorse rinnovabili può essere irregolare nel breve periodo quando il vento si placa, le acque diventano calme e le nuvole nascondono il Sole. Lo sviluppo di un accumulo efficiente dal punto di vista energetico e dei costi consentirà ai sistemi di alimentazione di accumulare l’energia in eccesso rispetto alle necessità immediate e di recuperarla quando serve.

L’energia solare concentrata (CSP) è particolarmente adatta per soddisfare una richiesta intermittente poiché si può associare all’accumulo di energia termica su larga scala. Una simile tecnologia è interessante poiché è sicura e non produce emissioni di gas a effetto serra. Anche se è semplice come concetto, l’accumulo di calore a temperature elevate, efficiente dal punto di vista dei costi e per lunghi periodi, non è stato facile da realizzare.

I ricercatori nell’ambito del progetto TCSPOWER (Thermochemical energy storage for concentrated solar power plants) hanno convalidato con successo soluzioni reattore/scambiatore di calore per l’accumulo termochimico di energia in impianti CSP, superando le principali difficoltà legate alle alte temperature. La convalida del concetto del reattore è stata effettuata in un sistema su scala pilota con una capacità di circa 100 kWh.

Il team ha affrontato questo compito con reazioni termochimiche reversibili, che sono endotermiche in una direzione per assorbire il calore da accumulare ed esotermiche in senso inverso per liberare il calore per il blocco di alimentazione. I materiali utilizzati erano basati su ossidi metallici: ossido di manganese e ossido di calcio. La reazione redox dell’ossido di manganese è avvenuta a 700 °C ed era destinata a un funzionamento aperto visto che l’ossigeno che partecipa alla reazione può essere scambiato con l’ambiente. D’altro canto, l’ossido di calcio reagisce in modo reversibile con il vapore acqueo in un intervallo di temperature compreso tra 400 e 600 °C e si è pensato di integrarlo in centrali termoelettriche.

L’innovativo concetto del reattore è progettato per raggiungere un livello voluto di potenza ma è allo stesso tempo indipendente dalla capacità richiesta. Di conseguenza, la capacità può essere facilmente aumentata aggiungendo ulteriori serbatoi economici per contenere la quantità voluta del materiale per la reazione. Per spostare i solidi reattivi attraverso la zona di reazione, nel caso dell’ossido di manganese i ricercatori hanno ridotto in granuli la polvere reattiva. Per migliorare il flusso dell’ossido di calcio essi hanno aggiunto additivi nanostrutturati alla polvere.

Questa soluzione efficiente ed economica per l’accumulo dell’energia termica consente di sfruttare la possibilità di accumulo a lungo termine e senza perdite offerta dall’accumulo termochimico dell’energia. Combinata con la generazione CSP questa tecnologia garantirà una fornitura energetica più stabile, poiché offre una piena dispacciabilità per lunghi periodi di accumulo. Ulteriori miglioramenti al reattore faranno progredire la tecnologia verso la fase di commercializzazione. La tecnologia di TCSPOWER dovrebbe accelerare l’adozione delle fonti energetiche rinnovabili, dato che la loro discontinuità non rappresenterà più un problema.