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Accumulo energetico al silicio liquido: più economico dell’idroelettrico
Un team di ricercatori del MIT ha elaborato il progetto di un innovativo accumulo energetico che sfrutta le caratteristiche del silicio liquido a oltre 2400 °C
Il “sole in una scatola” è il simpatico appellativo di un innovativo sistema di accumulo energetico che sfrutta la luminescenza del silicio liquido mantenuto ad elevate temperature che potrebbe diventare più economico e riproducibile dei sistemi a pompaggio idroelettrico.
Negli ultimi anni la ricerca sui nuovi sistemi di accumulo energetico ha dimostrato di aver fatto enormi passi avanti, creando via via sempre più efficienti sistemi di storage che permettono di raccogliere l’energia prodotta da fonti rinnovabili e trasmetterla alla rete elettrica a seconda delle variazioni della domanda, fornendo energia sufficiente per alimentare le utenze anche nei momenti in cui le fonti naturali utili per la produzione energetica non sono disponibili.
Gli ingegneri del Massachussets Institute of Technology hanno recentemente condiviso su una rivista tecnico-scientifica settoriale il proprio progetto innovativo di storage al silicio liquido che, se dovesse essere realizzato, potrebbe rendere autonoma una cittadina di circa 100 mila case.
Questo innovativo sistema di accumulo, chiamato dai ricercatori “sun in a box” (sole in una scatola ndr) raccoglierebbe il calore in eccesso generato da parchi solari o eolici all’interno di grandi contenitori in grafite del silicio liquido, riconvertendo la luce emessa dal metallo luminoso direttamente in elettricità nel momento in cui essa sia richiesta. Gli studi svolti dai ricercatori del MIT hanno stabilito che questa tipologia di soluzione sarebbe decisamente più economica rispetto a batterie agli ioni di litio, strumenti largamente utilizzati, seppur costosi, e potrebbero tra l’altro arrivare a costare la metà rispetto ai sistemi di accumulo a pompaggio idroelettrico, che ad oggi è la forma di storage più economica sul mercato.
Il progetto del “sole in una scatola” nasce dall’esigenza di raccogliere e aumentare l’efficienza dell’energia solare concentrata, una forma di energia rinnovabile prodotta in grandi parchi solari che necessitano di molto spazio e grandi specchi che indirizzano i raggi solari verso una torre centrale, nella quale avviene il processo di conversione della luce in calore e infine in elettricità.
“Ciò che rende interessante questa tecnologia è che si focalizza meccanicamente la luce per poter ottenere calore, che è accumulabile molto più economicamente dell’elettricità” ha commentato Asegun Henry, Professore associato del dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT.
Il genere gli impianti di energia solare concentrata accumulano calore in ampi serbatoi riempiti con sali fusi, nei quali è possibile accumulare una temperatura vicina ai 538 gradi Celsius. Nel momento in cui dalla rete viene richiesta elettricità, i sali incandescenti vengono pompati attraverso uno scambiatore di calore, che trasmette il calore dei sali e lo trasforma in vapore, il quale è in seguito trasformato in elettricità grazie all’utilizzo di una turbina.
“Questa tecnologia esiste da un po’, ma ha un costo che probabilmente non scenderà mai a sufficienza da poterla rendere più competitiva del gas naturale” ha affermato Henry, “per questo è nata la necessità di raggiungere temperature molto più alte, così da poter utilizzare un motore termico più efficiente ed abbassare sostanzialmente i costi operativi”.
Dalla necessità di raggiungere temperature più elevate Henry ed il suo team hanno ricercato un mezzo alternativo ai sali fusi, scegliendo infine tra i metalli fusi il silicio: il metallo più abbondante sulla terra, capace di resistere a temperature altissime, superiori addirittura ai 2204 °C.
Nel gennaio 2017 il gruppo di ricercatori ha sviluppato e presentato la pompa per liquidi che riesce a resistere alla temperatura più alta del mondo (di circa 1400 °C), risultato che è stato tra l’altro registrato nel “Guinness Book of World Records”. Una volta ottenuto questo successo il team si è impegnato nella realizzazione di un sistema di accumulo energetico che potesse incorporare una pompa resistente a questo livello di temperatura.
Dal 2017 quindi l’obiettivo degli studiosi è stato quello di creare un sistema di accumulo energetico innovativo, che hanno chiamato TEGS-MPV, Thermal Energy Grid Storage-Multi-Junction Photovoltaics. Esso permette di convertire in energia termica qualunque tipo di energia prodotta da FER, non solo da fonte solare concentrata, sfruttando le caratteristiche dell’effetto Joule.
Il sistema realizzato consiste in un grande serbatoio in grafite da 10 metri di larghezza, perfettamente isolato, pieno di silicio liquido, mantenuto ad una temperatura base di circa 1927 °C. Un gruppo di tubazioni esposto agli elementi riscaldanti connette poi questo serbatoio “freddo” a un serbatoio “caldo”.
Nel momento in cui l’elettricità proveniente da celle solari o da turbine eoliche arriva al sistema di accumulo essa viene trasformata in calore dagli elementi riscaldanti e, nel frattempo, il silicone liquido viene pompata attraverso delle speciali tubazioni dal serbatoio “freddo” a quello “caldo”, dove viene conservata in forma di energia termica a temperature superiori ai 2400 °C.
Il silicio liquido a quelle temperature è di un bianco luminoso e, proprio grazie a questa luminosità, assorbita da speciali celle fotovoltaiche chiamate multi-giunzione, è possibile recuperare elettricità nel momento in cui il silicio è fatto ri-passare attraverso delle tubazioni in grado si emettere queste radiazioni. Una volta che il silicio liquido è passato attraverso queste tubazioni e si è parzialmente raffreddato sarà possibile ripetere il processo, pressoché all’infinito.
Proprio per via della luminosità emessa dal silicio incandescente questo concetto di accumulo è stato chiamato “sole in una scatola”, racconta Henry, perché “in sostanza si tratta di una fonte luminosa intensissima che è contenuta in una scatola termo-isolante”
I ricercatori, fiduciosi nella fattibilità nel progetto, stanno ora studiando un metodo per la realizzazione di serbatoi di grafite che siano sicuri, isolanti e che permettano di contenere silicio liquido a così alte temperature senza rischio di falle, perdite o corrosioni.
Secondo il team un progetto in ampia scala come quello descritto nella rivista tecnico-scientifica Energy and Environmental Science potrebbe fornire capacità di accumulo energetico sufficiente a una piccola città composta da circa 100.000 case. Uno dei maggiori vantaggi del progetto, a detta del Professor Henry, è la completa esportabilità del progetto, che potrebbe essere installato ovunque nel mondo e non necessita di particolari caratteristiche fisiche, come vale invece per i sistemi a pompaggio idroelettrico.
Negli ultimi anni la ricerca sui nuovi sistemi di accumulo energetico ha dimostrato di aver fatto enormi passi avanti, creando via via sempre più efficienti sistemi di storage che permettono di raccogliere l’energia prodotta da fonti rinnovabili e trasmetterla alla rete elettrica a seconda delle variazioni della domanda, fornendo energia sufficiente per alimentare le utenze anche nei momenti in cui le fonti naturali utili per la produzione energetica non sono disponibili.
Gli ingegneri del Massachussets Institute of Technology hanno recentemente condiviso su una rivista tecnico-scientifica settoriale il proprio progetto innovativo di storage al silicio liquido che, se dovesse essere realizzato, potrebbe rendere autonoma una cittadina di circa 100 mila case.
Questo innovativo sistema di accumulo, chiamato dai ricercatori “sun in a box” (sole in una scatola ndr) raccoglierebbe il calore in eccesso generato da parchi solari o eolici all’interno di grandi contenitori in grafite del silicio liquido, riconvertendo la luce emessa dal metallo luminoso direttamente in elettricità nel momento in cui essa sia richiesta. Gli studi svolti dai ricercatori del MIT hanno stabilito che questa tipologia di soluzione sarebbe decisamente più economica rispetto a batterie agli ioni di litio, strumenti largamente utilizzati, seppur costosi, e potrebbero tra l’altro arrivare a costare la metà rispetto ai sistemi di accumulo a pompaggio idroelettrico, che ad oggi è la forma di storage più economica sul mercato.
Dal calore all’elettricità, il principio dell’energia solare concentrata
Il progetto del “sole in una scatola” nasce dall’esigenza di raccogliere e aumentare l’efficienza dell’energia solare concentrata, una forma di energia rinnovabile prodotta in grandi parchi solari che necessitano di molto spazio e grandi specchi che indirizzano i raggi solari verso una torre centrale, nella quale avviene il processo di conversione della luce in calore e infine in elettricità.
“Ciò che rende interessante questa tecnologia è che si focalizza meccanicamente la luce per poter ottenere calore, che è accumulabile molto più economicamente dell’elettricità” ha commentato Asegun Henry, Professore associato del dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT.
Il genere gli impianti di energia solare concentrata accumulano calore in ampi serbatoi riempiti con sali fusi, nei quali è possibile accumulare una temperatura vicina ai 538 gradi Celsius. Nel momento in cui dalla rete viene richiesta elettricità, i sali incandescenti vengono pompati attraverso uno scambiatore di calore, che trasmette il calore dei sali e lo trasforma in vapore, il quale è in seguito trasformato in elettricità grazie all’utilizzo di una turbina.
“Questa tecnologia esiste da un po’, ma ha un costo che probabilmente non scenderà mai a sufficienza da poterla rendere più competitiva del gas naturale” ha affermato Henry, “per questo è nata la necessità di raggiungere temperature molto più alte, così da poter utilizzare un motore termico più efficiente ed abbassare sostanzialmente i costi operativi”.
Accumulo energetico al silicio liquido incandescente
Dalla necessità di raggiungere temperature più elevate Henry ed il suo team hanno ricercato un mezzo alternativo ai sali fusi, scegliendo infine tra i metalli fusi il silicio: il metallo più abbondante sulla terra, capace di resistere a temperature altissime, superiori addirittura ai 2204 °C.
Nel gennaio 2017 il gruppo di ricercatori ha sviluppato e presentato la pompa per liquidi che riesce a resistere alla temperatura più alta del mondo (di circa 1400 °C), risultato che è stato tra l’altro registrato nel “Guinness Book of World Records”. Una volta ottenuto questo successo il team si è impegnato nella realizzazione di un sistema di accumulo energetico che potesse incorporare una pompa resistente a questo livello di temperatura.
Dal 2017 quindi l’obiettivo degli studiosi è stato quello di creare un sistema di accumulo energetico innovativo, che hanno chiamato TEGS-MPV, Thermal Energy Grid Storage-Multi-Junction Photovoltaics. Esso permette di convertire in energia termica qualunque tipo di energia prodotta da FER, non solo da fonte solare concentrata, sfruttando le caratteristiche dell’effetto Joule.
Dal freddo al caldo e viceversa, lo schema di funzionamento del nuovo sistema
Il sistema realizzato consiste in un grande serbatoio in grafite da 10 metri di larghezza, perfettamente isolato, pieno di silicio liquido, mantenuto ad una temperatura base di circa 1927 °C. Un gruppo di tubazioni esposto agli elementi riscaldanti connette poi questo serbatoio “freddo” a un serbatoio “caldo”.
Nel momento in cui l’elettricità proveniente da celle solari o da turbine eoliche arriva al sistema di accumulo essa viene trasformata in calore dagli elementi riscaldanti e, nel frattempo, il silicone liquido viene pompata attraverso delle speciali tubazioni dal serbatoio “freddo” a quello “caldo”, dove viene conservata in forma di energia termica a temperature superiori ai 2400 °C.
Il silicio liquido a quelle temperature è di un bianco luminoso e, proprio grazie a questa luminosità, assorbita da speciali celle fotovoltaiche chiamate multi-giunzione, è possibile recuperare elettricità nel momento in cui il silicio è fatto ri-passare attraverso delle tubazioni in grado si emettere queste radiazioni. Una volta che il silicio liquido è passato attraverso queste tubazioni e si è parzialmente raffreddato sarà possibile ripetere il processo, pressoché all’infinito.
Il sole in una scatola
Proprio per via della luminosità emessa dal silicio incandescente questo concetto di accumulo è stato chiamato “sole in una scatola”, racconta Henry, perché “in sostanza si tratta di una fonte luminosa intensissima che è contenuta in una scatola termo-isolante”
I ricercatori, fiduciosi nella fattibilità nel progetto, stanno ora studiando un metodo per la realizzazione di serbatoi di grafite che siano sicuri, isolanti e che permettano di contenere silicio liquido a così alte temperature senza rischio di falle, perdite o corrosioni.
Secondo il team un progetto in ampia scala come quello descritto nella rivista tecnico-scientifica Energy and Environmental Science potrebbe fornire capacità di accumulo energetico sufficiente a una piccola città composta da circa 100.000 case. Uno dei maggiori vantaggi del progetto, a detta del Professor Henry, è la completa esportabilità del progetto, che potrebbe essere installato ovunque nel mondo e non necessita di particolari caratteristiche fisiche, come vale invece per i sistemi a pompaggio idroelettrico.
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