Polar Night Energy ha costruito nella città di Tampere un impianto pilota, in grado di riscaldare gli edifici immagazzinando l’energia solare - tutto il giorno, tutta la notte e per tutto l'inverno
di Alan Petrillo
Al giorno d’oggi, quando alziamo il riscaldamento nelle nostre case e nei luoghi di lavoro, dobbiamo considerare l’impatto globale dell’uso di combustibili fossili come petrolio, gas, carbone e biomassa. Il nostro continuo bisogno di calore pone l’umanità di fronte a una sfida: come possiamo tenerci al caldo oggi, cercando di evitare che il nostro mondo si surriscaldi in futuro?
È una domanda difficile, cui la start up finlandese Polar Night Energy sta cercando di rispondere. Polar Night Energy ha costruito nella città di Tampere un impianto pilota, in grado di riscaldare gli edifici immagazzinando l’energia solare – tutto il giorno, tutta la notte e per tutto l’inverno. In un’epoca in cui le soluzioni per ridurre l’impatto ambientale sono complesse, spesso realizzate con materiali rari e costosi, questo nuovo sistema di accumulo e distribuzione del calore è costituito da semplici condotti, pompe, valvole e 42 tonnellate di sabbia! Questo approccio ha le potenzialità per diventare un sistema sostenibile di accumulo del calore e agevolare l’utilizzo delle energie rinnovabili.
Un piccolo Paese con grandi esigenze di riscaldamento
Per affrontare la sfida del cambiamento climatico, il mondo sta investendo in nuove tecnologie per ridurre l’uso dei combustibili fossili. Queste iniziative si sono in gran parte concentrate sulla generazione, la distribuzione e lo stoccaggio di energia elettrica rinnovabile.
“Quando si parla di energia pulita, si pensa all’elettricità”, commenta Tommi Eronen, CEO di Polar Night Energy. “Ma è necessario anche ridurre le emissioni dovute al riscaldamento”. Oggi l’82% delle emissioni finlandesi legate all’energia proviene dal riscaldamento degli edifici domestici. “Dobbiamo trovare un’alternativa a tutto questo se vogliamo sperare di raggiungere i nostri obiettivi climatici globali”, afferma Eronen.
Pensare globalmente, riscaldare localmente
Un passo avanti verso il raggiungimento di questi ambiziosi obiettivi è proprio l’impianto pilota di Tampere da 3 MWh/100 kW, entrato in funzione nell’inverno 2020-2021.
All’interno del sistema, elementi resistivi alimentati elettricamente riscaldano l’aria fino a oltre 600°C (Figura 1). L’aria calda viene fatta circolare attraverso una rete di tubi all’interno di un serbatoio di accumulo di calore riempito di sabbia. Dopo aver scaldato la sabbia, l’aria calda confluisce in uno scambiatore di calore, dove riscalda l’acqua che viene poi fatta circolare nei sistemi di riscaldamento degli edifici. L’accumulo di calore, permesso dall’elevata capacità termica della sabbia, garantisce che, anche quando gli elementi resistivi sono freddi, l’aria in circolazione sia ancora sufficientemente calda da mantenere l’acqua (e gli edifici) riscaldati.
“Abbiamo solo tubi, valvole, una ventola e una resistenza elettrica. Non c’è nulla di speciale!”, scherza Eronen, ridendo.
Una batteria per il calore fatta di sabbia
Il sistema di Polar Night Energy deve affrontare le stesse sfide fondamentali di qualsiasi altra infrastruttura energetica. Deve fornire energia alle persone quando ne hanno bisogno, dove ne hanno bisogno e a un prezzo sostenibile. Ciò significa che lo stoccaggio e la distribuzione dell’energia sono altrettanto importanti quanto la sua produzione.
Ulteriori fattori da considerare sono la natura intermittente della luce del giorno e i venti forti. Lo stoccaggio di energia è necessario per mantenere una produzione di energia costante durante i picchi e i cali di emissione delle fonti rinnovabili. Ma anche con i recenti progressi nella tecnologia delle batterie, l’accumulo di energia elettrica rimane relativamente costoso, soprattutto nelle proporzioni richieste per il riscaldamento degli edifici. Per questo motivo, Polar Night Energy ha deciso di sviluppare una “batteria” in grado di immagazzinare calore anziché elettricità.
Dopo aver preso in considerazione l’acqua e altri potenziali accumulatori di calore, Polar Night Energy ha optato per una batteria di calore progettata per utilizzare la sabbia (Figura 2). “La sabbia offre una capacità di accumulo di energia quattro volte superiore a quella dell’acqua”, afferma Eronen. “La sabbia è efficiente, non tossica, portatile ed economica!”.
Un’analisi sofisticata dietro una soluzione semplice
L’efficienza dei costi è alla base della proposta di valore di questo progetto. “Non appena abbiamo deciso di perseguire questa idea, abbiamo cercato di comprendere l’aspetto economico”, racconta Eronen. Nel tentativo di ottenere di più con meno, Polar Night Energy si è affidata a strumenti di simulazione numerica. Eronen e il CTO Markku Ylönen hanno iniziato a usare il software COMSOL Multiphysics® quando erano studenti e questo software è tuttora parte integrante del loro processo di progettazione.
L’enorme scala del sistema di accumulo di calore Polar Night Energy, basato sulla sabbia, rende indispensabile un software di simulazione. “Non possiamo costruire prototipi a grandezza naturale per testare tutte le nostre idee. Abbiamo bisogno di modelli predittivi per rispondere a quante più domande possibili, prima di impegnarci a mettere insieme tutte queste attrezzature… e tutta questa sabbia!”, commenta Eronen. “Questi strumenti immensamente potenti sono essenziali per noi”.
Oggi, la Finlandia. Domani, il mondo
Separando l’accumulo di calore dalla sua generazione e distribuzione, Polar Night Energy ha reso il suo sistema più efficiente e adattabile. La stessa tecnologia che riscalda le lunghe e fredde notti finlandesi può fornire migliori opzioni di gestione energetica al resto del mondo. Per esempio, l’accumulo termico a prezzi accessibili potrebbe aiutare le industrie e le città a catturare il calore che attualmente viene sprecato, oltre a bilanciare le incongruenze nella produzione di energia eolica e solare.
“Dobbiamo abbandonare tutti i tipi di combustione, anche la biomassa”, conclude Eronen. “Dobbiamo proteggere e ripristinare le foreste in modo che possano continuare a rimuovere l’anidride carbonica dall’aria. Poiché i cambiamenti climatici sono così rapidi, il nostro desiderio è che le nostre idee si diffondano il più velocemente possibile”.
Riferimenti
Statistics Finland, “Over one-half of Finland’s electricity was produced with renewable energy sources in 2020”, novembre 2021.
La versione originale e integrale di questo articolo è pubblicata qui: https://www.comsol.it/story/heating-buildings-with-solar-energy-stored-in-sand-105101
