Mentre scienziati e ricercatori continuano a cercare dei nuovi modi di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e diminuire la quantità di CO2 immessa nell’aria, un campo a volte trascurato è quello riguardante il modo in cui il calore viene conservato. Ad esempio, anche se molte ricerche sono state dedicate alla raccolta e all’utilizzo dell’energia solare ed eolica, poche sono state invece dedicate a risolvere il problema di come accumulare l’energia in eccesso per i periodi in cui non c’è sole o non soffia il vento.
Tradizionalmente, la risposta a questo problema relativo all’accumulo sono state le batterie o, in alcuni casi, l’accumulo con pompaggio idroelettrico, ossia due soluzioni ben lontane dall’essere perfette. Di fatto, alcune delle loro inefficienze possono effettivamente annullare qualsiasi beneficio ambientale creato dall’uso di energia solare ed eolica all’inizio.
Una possibile soluzione a questo problema dell’accumulo è quella di convertire l’energia in energia termica e conservarla in strutture per l’accumulo di questo tipo di energia, che hanno mostrato di essere generalmente più efficienti, migliori nel catturare il calore avanzato e capaci di fornire più energia a basso costo. Tuttavia, prima di poter utilizzare in modo diffuso l’energia termica, è necessario effettuare ricerche per lo sviluppo di una tecnologia di accumulo ad alta densità che sia efficiente in termini di costi.
E questo è esattamente ciò che hanno prodotto i ricercatori del progetto SAM.SSA finanziato dall’UE.
L’obiettivo del progetto era quello di sviluppare nuovi materiali a cambiamento di fase (PCM) per impieghi nell’accumulo stagionale dell’energia termica (STES) nel campo delle temperature medie. I ricercatori volevano che questi materiali fossero a basso costo, validi dal punto di vista ambientale, sicuri e facili da usare. Inoltre, i materiali dovevano essere in grado di fungere da soluzione per l’accumulo a lungo termine con livelli di perdita termica notevolmente inferiori rispetto alle soluzioni attualmente disponibili.
Questo è stato un approccio innovativo al problema, poiché i PCM non sono normalmente considerati come una opzione per lo STES. Questo avviene a causa delle loro insufficienti densità energetiche e dell’elevato rischio di solidificazione durante la conservazione, che è un fenomeno causato da un isolamento insufficiente per mantenere le temperature oltre il punto di fusione.
Per SAM.SSA, il materiale magico per superare il problema del PCM è stato l’alditolo, un prodotto di scarto dell’industria alimentare comune e disponibile in grande abbondanza. Conosciuto anche come lega molecolare MASA (molecular alloy based on sugar alcohol), questo materiale consente la regolazione del punto di fusione e, di conseguenza, aumenta notevolmente la densità energetica. Secondo un recente articolo riguardante il progetto pubblicato su “The Journal of Physical Chemistry”, gli alditoli, se mescolati con nanotubi di carbonio, creano un materiale in grado di accumulare energia rinnovabile sotto forma di calore.
Il progetto si è concentrato sugli alditoli poiché essi consentono alti livelli di sottoraffreddamento, che riduce al minimo il rischio di solidificazione spontanea del PCM. Essi riducono inoltre i requisiti per l’isolamento, oltre che la perdita termica durante l’accumulo a lungo termine. Con l’applicazione di uno shock termico locale o di ultrasuoni, si induce la nucleazione e la successiva cristallizzazione, consentendo un facile ed efficiente rilascio dell’energia dal sistema di accumulo.
Quando dei nanotubi di carbonio di varie dimensioni vengono mescolati con due tipi di alditoli, ovvero eritritolo e xilitolo, i ricercatori hanno scoperto che, con una sola eccezione, il trasferimento di calore all’interno di una miscela diminuisce al diminuire del diametro dei nanotubi. Essi hanno anche scoperto che, come regola generale, combinazioni con densità più elevata significavano un migliore trasferimento del calore. Queste scoperte sono significative poiché gettano le fondamenta per la progettazione futura di sistemi per l’accumulo di energia basati sugli alditoli.
Al momento della conclusione del progetto, i ricercatori avevano creato un prototipo allo stadio iniziale per trattare alditoli puri o loro miscele al fine di ottenere la cristallizzazione. Con i concetti di base per ulteriori prototipi già in via di realizzazione, assieme alle strategie di sfruttamento, i ricercatori di SAM.SSA sono fiduciosi riguardo all’utilizzo dei materiali MASA quale risposta ai problemi relativi all’accumulo dell’energia termica.
Per maggiori informazioni, consultare http://samssa.eu/
