Come i vulcani possono aiutare il solare termodinamico
I sali fusi si stanno ritagliando uno spazio di tutto riguardo nel solare a concentrazione (CSP) come alternativa agli oli sintetici. Sia per lo stoccaggio termico che come fluido termovettore. Ma c’è già chi guarda a nuovi materiali ancora più efficienti. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Barcellona ha scoperto che la cenere vulcanica potrebbe rendersi incredibilmente utile come mezzo di accumulo energetico.
La ricerca, pubblicata sul Journal of Energy Storage (testo in inglese), indaga le potenzialità di questo particolare materiale come sostituto a basso costo del sale fuso negli impianti solari termodinamici.
Sali fusi vs materiali ceramici solidi
Oggi composti come il nitrato di sodio e il nitrato di potassio, dotati di elevate capacità termiche e riscaldabili a temperature superiori a 400 °C, offrono interessanti vantaggi al solare a concentrazione. Peccato che l’effetto corrosivo, l’eventuale solidificazione e gli elevati costi di produzione non fanno di questi elementi l’ingrediente “perfetto” per una rapida diffusione del CSP.
È qui che entrano in gioco i materiali ceramici solidi, già studiati e impiegati nelle grandi batterie termiche. Sulla carta offrono, infatti, elevate densità di accumulo potendo nel contempo resistere a temperature più elevate di quelle gestite dai sali solari. Ottenendo così un aumento dell’efficienza termica-elettrica dei cicli di alimentazione. E poiché uno dei vantaggi dello stoccaggio termico tramite particelle solide è proprio poter usare in alcuni casi materiali locali (come rocce ignee, metamorfiche o sedimentarie), il team dell’Università di Barcellona ha pensato bene di fare di necessità virtù.
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Ceneri vulcaniche per l’accumulo termico del CSP
L’ispirazione è arrivata dall’eruzione vulcanica del 2021 sull’isola di La Palma, nelle Canarie, che in tre mesi espulso circa 200 milioni di metri cubi di materiale piroclastico. Partendo da quello che è stato a tutti gli effetti un problema drammatico, gli scienziati hanno effettuato una valutazione completa della cenere vulcanica per l’accumulo termico ad alta temperatura. Per farlo hanno pressato la polvere in pellet, riscaldando e raffreddando quest’ultimi ripetutamente tra 250 e 750 °C a pressioni atmosferica e per 1.000 cicli.
Non solo. Lo studio ha anche valutato la cenere per un nuovo concetto di ricevitore solare a particelle solide, in cui il materiale cattura il calore nel ricevitore e lo trasferisce al serbatoio di stoccaggio termico. Ma è stato effettuato anche un test di compatibilità con i sali solari a 400 °C per 500 ore.
Il risultato? La valutazione ha rivelato stabilità alle alte temperature fino a 750 °C, un leggero aumento di massa ma stabile nel tempo, un elevato assorbimento solare ed eccellente stabilità termica e chimica, anche in presenza di sali fusi. “Il sale solare a contatto con la cenere vulcanica non ha mostrato alcuna formazione insolita di nitriti [la fase iniziale della degradazione del sale], mantenendo le sue proprietà termiche“, scrivono gli scienziati. “Pertanto la cenere ha un enorme potenziale per essere un materiale alternativo e sostenibile da applicare nello stoccaggio termico e per esplorarne il potenziale”.