Le batterie termofotovoltaiche che sfruttano il calore latente per fornire elettricità

Per far sì che le fonti “intermittenti” di energia rinnovabile, come il solare e l’eolico, contribuiscano in maniera sempre più netta alla generazione di elettricità, lo sviluppo di tecnologie per l’accumulo di energia, che vada da 10 ore a svariati giorni e che siano economicamente vantaggioso sta diventando sempre più importante.

Nell’ambito del progetto AMADEUS, che è stato finanziato dall’Unione Europea al fine di ottenere una valutazione tecnico-economica delle batterie termofotovoltaiche latenti, l’Istituto per l’energia solare del Politecnico di Madrid ha realizzato il primo prototipo, in scala di laboratorio, di un sistema per sfruttare l’energia elettrica prodotta in più dalle fonti rinnovabili grazie alle batterie termofotovoltaiche a calore latente.

Il team di ricercatori che ha lavorato a questo progetto è partito da un problema principale: la mancanza di un sistema per immagazzinare l’energia prodotta quando la domanda è bassa e che permetta di utilizzarla al bisogno. E probabilmente sono riusciti a trovare un sistema che potrebbe essere in grado di raccogliere grandi quantità di elettricità rinnovabile per lunghi periodi di tempo a costi molto bassi, e di fornire calore ed elettricità su richiesta.

Il surplus di generazione di energia rinnovabile proveniente dai sistemi solari ed eolici viene utilizzato per fondere metalli come silicio o leghe di ferro-silicio a temperature superiori a 1.000 gradi, che possono immagazzinare grandi quantità di energia durante il processo di fusione: si tratta del calore latente, la quantità di energia scambiata durante lo svolgimento di una transizione di fase (in questo caso da solido a liquido).

Un litro di silicio immagazzina più di 1 kWh di energia sotto forma di calore latente, che corrisponde alla quantità di energia contenuta in un litro di idrogeno pressurizzato a 500 bar ma, a differenza dell'idrogeno, il silicio può essere immagazzinato a pressione atmosferica.

Le batterie termofotovoltaiche a calore latente immagazzinano elettricità sotto forma di calore latente a temperature molto elevate e convertono questo calore in elettricità su richiesta; consentono costi molto inferiori rispetto alle batterie elettrochimiche all'avanguardia e possono fornire sia calore che elettricità su richiesta.

Ma come avviene questo processo?  Una volta che il silicio viene sciolto a oltre 1000 gradi, è possibile riconvertire il calore irradiato in energia elettrica utilizzando celle fotovoltaiche, da cui poi si può produrre fino a 100 volte più energia rispetto a un impianto solare convenzionale. Inoltre, nel termofotovoltaico non è solo la potenza a essere molto alta, ma anche l'efficienza di conversione è decisamente maggiore, poiché si aggira intorno al 30-40%. I generatori termofotovoltaici  evitano l'utilizzo di parti in movimento, fluidi o complessi scambiatori di calore, ed è per questo motivo che l'intero sistema è particolarmente economico, compatto e silenzioso.

Per quanto riguarda il lato economico, silicio e leghe di ferrosilicio possono immagazzinare energia a un costo inferiore a 4 € per kWh, che è 100 volte più economico delle attuali batterie stazionarie agli ioni di litio. Il costo totale sarà maggiore dopo che verrà incorporato il contenitore e l'isolamento termico, ma secondo i ricercatori non sarà molto influente se si riesce a creare impianti abbastanza grandi.

Il calore rappresenta oltre il 50% della domanda globale di energia e il 40% delle emissioni globali di CO2, e grazie a questo innovativo sistema l'accumulo di energia eolica o fotovoltaica in batterie termofotovoltaiche a calore latente consentirebbe notevoli risparmi sui costi e la soddisfazione di parte di questa grande richiesta di calore attraverso le fonti rinnovabili. "Lo sviluppo di questo tipo di sistema può essere fondamentale per ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili, non solo nel settore elettrico, ma anche nel settore termico", afferma Alejandro Datas, uno dei ricercatori IES-UPM che hanno guidato il progetto.

Le sperimentazioni su questo sistema che sfrutta il calore latente è il risultato di dieci anni di ricerca, ma la tecnologia necessita altri ingenti investimenti per poter essere presentata nel mercato: l'attuale prototipo di laboratorio ha una capacità di accumulo inferiore a 1 kWh, ma per rendere redditizia questa tecnologia bisogna ottenere capacità di accumulo di energia superiori a 10 MWh.