Tecnologia svizzera per accumulare energia termica | Close-up Engineering

Sviluppata dall'Empa, laboratorio sperimentale svizzero, questa tecnologia permette di accumulare l'energia termica solare utilizzando l'idrossido di sodio

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Benjamin Fumey a lavoro nel laboratorio empa.ch
Ancora una volta dalla Svizzera giunge una tecnologia innovativa nell’ambito dello storage. Stavolta non si tratta di accumulo di energia elettrica ma di energia termica… Il principio è molto semplice: si vuole accumulare calore durante l’estate per poi utilizzarlo durante l’inverno. L’idea è stata sviluppata in realtà dall’ Empa, laboratorio federale svizzero che si occupa di scienza dei materiali e tecnologia. Il lavoro è iniziato nel 2012 nell’ambito del COMTES, progetto di ricerca europeo nell’ambito dello storage di energia termica, ed ha visto la realizzazione di vari prototipi.
L’elemento che costituisce questa sorta di “batteria termica” è l’idrossido di sodio NaOH. La caratteristica principale di questo composto è che se vi aggiunge dell’acqua la miscela ottenuta si riscalda. Si ottiene quindi una reazione chimica esotermica, ossia che genera calore.
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Reazioni esotermiche ed endotermiche
centrometeolombardo.com
Inoltre, questo composto è igroscopico, ossia capace di assorbire vapore acqueo dall’ambiente. Il processo esotermico può essere invertito al fine di immagazzinare energia termica nel NaOH. Riscaldando una soluzione opportunamente diluita di NaOH, l’acqua evapora lasciando una soluzione di idrossido avente una concentrazione maggiore. La “carica termica” dell’idrossido non subisce decadimento nel tempo e può quindi essere conservata. Quando si andrà a diluire nuovamente l’idrossido, esso rilascerà calore.
Fin qui tutto chiaro. Ma è davvero possibile utilizzare questa proprietà dell’idrossido di sodio per soddisfare la richiesta di energia termica di una famiglia? Se lo sono chiesto i ricercatori dell’Empa Robert Weber e Benjamin Fumey, che hanno lavorato ai prototipi all’interno del laboratorio di Dübendorf.
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Il prototipo realizzato dall’Empa
http://comtes-storage.eu/

I processi di “carica” e “scarica”

Per contenere l’idrossido, altamente corrosivo, sono state utilizzate strutture e tubature isolate. Il prototipo realizzato utilizza particolari scambiatori di calore: nel processo di “scarica” l’idrossido scorre nei tubi dello scambiatore assorbendo vapore ed emettendo calore, che viene poi trasmesso al tubo. Il processo inverso, per “caricare” l’idrossido avviene nella stessa struttura.

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Scambiatori di calore con acqua corrente
empa.ch
Il sistema è stato testato ed ottimizzato, ricercando i valori ottimali di parametri quali la concentrazione di NaOH e di temperatura di ingresso/uscita dell’acqua, al fine di poter massimizzare la capacità termica dell’idrossido di sodio.
Per quanto riguarda la concentrazione, la performance migliore si ottiene impiegando una soluzione di NaOH al 50 % che, attraversando lo scambiatore, e si “scarica” diluendosi fino ad ottenere una soluzione concentrata al 30% e riscaldando l’acqua fino a circa 50° C. Per “caricare” l’idrossido si riutilizza la soluzione scarica concentrata al 30% e si impiega acqua a 60° C, riscaldata, ad esempio, impiegando un collettore solare. L’acqua contenuta nella soluzione diluita evapora, il vapore è prelevato e condensato. Il calore ottenuto dalla condensazione è a sua volta accumulato in una sonda geotermica. La soluzione di idrossido è nuovamente concentrata al 50%, “caricata”  dall’energia termica. L’efficienza finora raggiunta dal processo è del 59%.
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Schema del processo
comtes-storage.eu

“Questa tecnologia permette di accumulare energia solare sotto forma di energia chimica dall’estate fino all’inverno” afferma Fumey. “E non è tutto: il calore accumulato può essere trasportato ovunque nella forma di una soluzione concentrata di NaOH”.

Per quanto riguarda i futuri sviluppi, l’Empa è alla ricerca di partner industriali per permettere l‘applicazione di questa tecnologia negli edifici. Il prossimo prototipo del sistema ad accumulo con idrossido di sodio potrebbe essere utilizzato in NEST, l’edificio che ospita ricerche nel settore dell’edilizia sostenibile.