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Energia solare: storage sostenibile grazie ad un innovativo fluido solare termico

Un gruppo di ricerca svedese ha scoperto un sistema che permette di accumulare energia solare e di sfruttarla in modo efficace, sostenibile e senza emissioni

Ricercatori provenienti da tutto il mondo analizzano e testano, ormai da anni, strumenti che permettano di conservare nel modo più efficiente possibile l’energia solare accumulata e che consentano di utilizzarla in un secondo momento, quando non via sia disponibilità di produzione. Oggi un team di ricercatori svedesi ha annunciato di aver raggiunto un obiettivo incredibile: hanno scoperto un modo per imbottigliare l’energia solare.
 
Hanno sviluppato un fluido solare termico che riesce ad assorbire parte dell’energia solare, la conserva per mesi, o addirittura anni, e la rilascia quando richiesto grazie ad un semplice processo chimico. Naturalmente, allo stato attuale, si tratta ancora di un prodotto in fase di sperimentazione che, tuttavia, se in futuro riuscirà ad essere perfezionato, potrebbe contribuire in modo importante al superamento delle fonti fossili e alla lotta contro il cambiamento climatico.
 
I fluidi solari termici, come quello scoperto dai ricercatori svedesi, sono riutilizzabili e sostenibili dal punto di vista ambientale, in quanto il loro utilizzo non comporta la produzione e l’emissione di anidride carbonica o altri gas ad effetto serra nell’atmosfera.
 
Jeffrey Grossman, che è Professore al Massachussets Institute of Technology ed è a capo di un laboratorio che studia questo tipo di fluidi ha affermato: “Un fluido solare termico è come una batteria ricaricabile, solo che invece di inserirvi elettricità, vi si fa entrare energia solare per ricavarne calore al momento in cui vi è domanda”.
 

L’energia solare si accumula in un fluido: il prototipo svedese

 
Il Professor Kasper Moth-Poulsen, responsabile del gruppo di ricerca svedese che ha raggiunto i più recenti e importanti risultati in tema di fluidi solari termici, ha costruito un prototipo del sistema direttamente sul tetto del dipartimento di Fisica della Chalmers University of Technology, situata a Gothenburg.
 
Il funzionamento del meccanismo è piuttosto semplice da comprendere: mentre una pompa fa circolare il fluido attraverso dei tubi trasparenti, i raggi ultravioletti contenuti nella luce solare eccitano le molecole del fluido e le portano in uno stato di eccitazione. A livello chimico la luce solare riorganizza i legami tra gli atomi di anidride carbonica, d’idrogeno e di azoto contenuti nel fluido, convertendo così il composto di base conosciuto come norbornadiene in quadrucyclane, la versione eccitata del fluido di partenza.  Poiché l’energia è intrappolata in forti legami chimici, il fluido ottenuto con questo processo riesce a trattenere l’energia solare anche dopo che si è raffreddato.
 

Dall’accumulo al riutilizzo dell’energia termica

 
Per estrarre l’energia immagazzinata è sufficiente che il ricercatore ri-attivi il combustibile passandolo su un catalizzatore a base di cobalto. Questo passaggio fa sì che il quadricyclane ritorni alla sua forma originale, il norbornadiene, il tutto con un consistente rilascio di calore. Attualmente questa trasformazione riesce ad innalzare la temperatura del fluido di circa 63°C.
 
A titolo esemplificativo: se il fluido si trovasse ad una temperature di base di circa 21°C, potrebbe scaldarsi velocemente fino a 84°C, una temperatura sufficiente per scaldare in modo consono una casa o un ufficio.
 
“Si potrebbe usare questo tipo di energia termica per riscaldare l’acqua della caldaia, per azionare la lavastoviglie o l’asciugatrice” afferma Grossman “Ci potrebbero poi essere anche varie applicazioni di tipo industriale.” In effetti, stando alle affermazioni del Professor Moth-Pulsen, il calore a bassa temperatura usato per la preparazione alimentare, per la sterilizzazione, per la distillazione e per la decolorazione a livello industriale rappresenta ben il 7% dell’energia consumata in Unione Europea.
 

Un sistema dal deterioramento irrisorio

 
Da un punto di vista pratico questo fluido solare termico potrebbe essere conservato in serbatoi isolati all’interno delle abitazioni o delle aziende, oppure potrebbe essere trasportato da tubazioni o da mezzi tradizionali direttamente dai parchi solari alle città. I test effettuati dal gruppo di ricerca hanno dimostrato che, sia il fluido sia il catalizzatore, subiscono danneggiamenti irrisori in seguito alla reazione; ciò significa che questo sistema può operare in un circolo pressoché continuo, raccogliendo e rilasciando energia termica senza pausa. “Abbiamo potuto effettuare 125 cicli completi senza registrare alcun deterioramento significativo” ha affermato Moth-Poulsen.
 
I calcoli del Professor Moth-Poulsen hanno dimostrato che la miglior variante di questo fluido potrebbe accumulare all’incirca 250 watt-ora di energia per kilogrammo, cioè circa il doppio dell’energia che può essere accumulata nelle batterie Tesla Powerwall, prodotto che oggi è diffusamente associato agli impianti fotovoltaici residenziali e non.
 

Evoluzione della ricerca sui fluidi solari termici

 
“Sono molto emozionato da quello che Kasper sta facendo” ha commentato Grossman, “dopo una serie di importanti lavori sul tema dei fluidi al norbornadiene svolti negli anni ’70, i chimici hanno incontrato degli ostacoli apparentemente insormontabili. Il fluido sembrava perdere le proprie peculiarità dopo un paio di cicli. Non riusciva ad accumulare energia a lungo, e le difficoltà dal punto di vista chimico imponevano l’utilizzo di solventi tossici che diluivano ancora di più le capacità di assorbimento energetico del fluido”.
 
Il Professor Moth-Poulsen quindi, invece che progredire direttamente dai risultati già ottenuti in passato, è tornato indietro fino alla molecola di base e sta utilizzando strumenti più attuali e moderni per sistemare i problemi riscontrati in passato.
 
Naturalmente, come si diceva in precedenza, si tratta di un’importante scoperta che si trova però nella sua fase embrionale: per sviluppare a pieno le capacità dei fluidi solari termici potrebbero essere necessari addirittura anni di ricerca.
 

I prossimi obiettivi della ricerca

 
Il passo successivo per il gruppo di studiosi sarà quello di sviluppare un fluido solare termico dotato di caratteristiche ideali come: lunga vita utile, alta densità energetica e buon livello di riciclabilità. Tutte specifiche che oggi hanno singolarmente caratterizzato vari fluidi testati dai ricercatori svedesi, ma che non sono mai state disponibili in un unico prodotto.
 
Wei Feng, che dirige il gruppo di ricerca che studia i fluidi solari termici all’Università Cinese di Tianjin, ritiene che una delle più grandi sfide che dovranno essere affrontate per la possibile commercializzazione di questa tecnologia, sarò la realizzazione di un fluido completamente libero da solventi.
 
I fluidi solari prodotti dal gruppo svedese diretto da Moth-Poulsen sono realizzati grazie a processi industriali comuni e con prodotti industriali facilmente reperibili, tra cui dei derivati dell’acetilene; tuttavia ad oggi non è chiaro quanto potrebbe venire a costare una versione commerciale di questo prodotto.
 
Naturalmente un aspetto importante nella composizione del costo è rappresentata dall’efficienza del fluido, che allo stato attuale è piuttosto bassa. I fluidi-prototipo oggi rispondono solo alle più basse lunghezze d’onda della luce solare, inclusi i raggi ultravioletti e quelli blu, che compongono solo il 5% dell’energia solare disponibile. L’intento dei ricercatori sarà quindi di estendere la sensibilità del fluido in modo che possa reagire ad uno spettro sempre più ampio di onde.
 
Moth-Poulsen mira inoltre ad aumentare il record di temperatura raggiunto, ritiene si possa riuscire a passare da un aumento di circa 63°C ad uno di circa 80°C, dopotutto, per la produzione di energia solare, ma non solo, una cosa è certa: maggiore è la temperatura raggiunta e migliori sono i risultati.
 
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