Una delle principali sfide per lo sviluppo delle energie rinnovabili è l'efficiente accumulo di energia. Sebbene l'energia solare sia una delle più accessibili, il suo stoccaggio rimane una sfida cruciale per la sua diffusione su larga scala. Attualmente, l'immagazzinamento e il trasporto di questa energia sono aspetti che richiedono soluzioni innovative per renderla più competitiva sui mercati globali.
Una delle più recenti innovazioni tecnologiche è stata sviluppata da un team di ricercatori dell'Università di Tecnologia Chalmers di Göteborg, in Svezia. Questo team ha dimostrato la possibilità di immagazzinare l'energia solare in un fluido chimico , noto come sistema solare termico molecolare . Questo progresso apre nuove prospettive per l'immagazzinamento efficiente di grandi quantità di energia solare per lunghi periodi di tempo.
Come funziona l'immagazzinamento dell'energia solare in un fluido?
La chiave di questo sistema innovativo risiede in un fluido speciale che, colpito dai fotoni della luce solare , modifica la propria struttura molecolare per immagazzinare energia. Questo processo è noto come isomerizzazione , in cui le molecole del fluido si riorganizzano per catturare l'energia solare nei legami chimici degli isomeri.
Quando la molecola si riorganizza, l'energia viene immagazzinata in modo latente e può essere disponibile per periodi prolungati, anche a normali temperature ambiente. Questo sistema è estremamente robusto e ha dimostrato di poter sopportare oltre 140 cicli di carica e scarica senza subire un significativo degrado delle prestazioni.
Questo tipo di accumulo chimico presenta vantaggi rispetto alle batterie convenzionali, in quanto è in grado di immagazzinare l'energia solare sotto forma di calore e di rilasciarla su richiesta tramite un catalizzatore, riportando la molecola alla sua forma originale. Questa tecnologia ha dimostrato un'efficienza di conversione solare fino all'80% , una cifra considerevole nel contesto delle energie rinnovabili.
Avanzamento tecnologico: dalla ricerca alla pratica
Il progetto di ricerca sul fluido è iniziato più di sei anni fa ed è stato pubblicato sulla rivista scientifica Energy & Environmental . Inizialmente, il processo utilizzava il rutenio , un elemento costoso, e aveva un'efficienza molto bassa, pari solo allo 0,01%. Tuttavia, dopo anni di miglioramenti, gli scienziati sono riusciti ad aumentarne l'efficienza al punto da immagazzinare l'1,1% della luce solare che colpisce il fluido sotto forma di energia chimica latente.
Inoltre, il rutenio è stato sostituito con componenti più economici a base di carbonio, idrogeno e azoto . Questa modifica ha permesso di realizzare un sistema più conveniente, in grado di immagazzinare e rilasciare energia solare a una frazione del costo iniziale. Il fluido, a base di composti organici come il norbornadiene , si trasforma, se esposto alla luce solare, in quadriciclano , un composto che immagazzina energia nei suoi legami molecolari.
Applicazioni pratiche e vita del sistema
Questo sistema di accumulo è interessante perché l'energia solare immagazzinata può rimanere inattiva fino a 18 anni . Ciò significa che l'energia raccolta oggi potrebbe essere utilizzata anche in ambienti con scarsa irradiazione solare, come in inverno o di notte, aumentandone la fattibilità per le applicazioni quotidiane.
Inoltre, le potenziali applicazioni di questo fluido sono vastissime. Il suo impiego è stato proposto negli impianti di riscaldamento residenziali , come scaldabagni o elettrodomestici che richiedono una fonte di calore costante, ma anche in applicazioni industriali come la sterilizzazione e altri processi che necessitano di calore.
Uno dei vantaggi aggiuntivi è che il fluido può essere ricaricato e riutilizzato in più cicli, garantendo un sistema efficiente ed economicamente vantaggioso nel lungo termine. Ad oggi, questo fluido ha dimostrato di poter resistere a oltre 125 cicli senza alcun danno rilevabile alla sua struttura molecolare, a riprova della sua durabilità.
Il futuro del sistema di accumulo solare
I progressi compiuti in questo sistema di accumulo di energia solare sono stati riconosciuti a livello europeo. Nel 2020, il progetto ha ricevuto un finanziamento di 4,3 milioni di euro dall'Unione Europea per lo sviluppo di prototipi su larga scala. Questo investimento consentirà ulteriori test e, infine, renderà questi sistemi disponibili per l'uso commerciale entro i prossimi 10 anni.
Questo sistema si preannuncia molto promettente non solo per il settore delle energie rinnovabili, ma anche per la lotta ai cambiamenti climatici, grazie al suo basso costo, alla sua durabilità e all'elevato tasso di conversione. In particolare, i recenti progressi nella produzione di catalizzatori hanno permesso un migliore controllo del rilascio di energia sotto forma di calore, migliorando l'efficienza del sistema quando tale energia deve essere estratta.
Anche l' elettrolisi acquosa, come soluzione complementare, sta guadagnando terreno, consentendo lo stoccaggio delle eccedenze solari sotto forma di idrogeno, un altro vettore energetico chiave che sta diventando sempre più popolare grazie alla sua capacità di gestire le fluttuazioni nell'approvvigionamento da fonti rinnovabili.
Mentre continuiamo a sviluppare e migliorare questo tipo di tecnologie, lo stoccaggio di fluidi chimici dell’energia solare potrebbe rivoluzionare il modo in cui gestiamo l’energia solare, fornendo una soluzione efficace e scalabile per far fronte alla crescente domanda di energia pulita e rinnovabile.
Con questi progressi, l’umanità potrebbe trovarsi di fronte a una delle soluzioni più innovative per lo stoccaggio e l’utilizzo dell’energia solare, non solo in ambito domestico, ma anche in innumerevoli applicazioni industriali e commerciali.