La necessità di ridurre i consumi di gas dalle case è diventata sempre più urgente a causa del conflitto in Ucraina. Una batteria termica domestica può rappresentare una soluzione ecologica ed economica che potrebbe liberare milioni di case dall’uso di gas per il riscaldamento invernale.
La batteria è stata sviluppata da un consorzio della Eindhoven University of Technology, TNO.
Grazie all’accumulo di calore nelle case e allo sfruttamento delle grandi quantità di calore derivante dallo scarto industriale che altrimenti andrebbe sprecato, la batteria termica rappresenta un potenziale game-changer per la transizione energetica.
Una tecnologia sorprendentemente semplice
Un semplice esperimento, realizzabile nelle proprie case, rivela l’essenza della batteria termica. Basta riempire una piccola bottiglia con del sale grosso bianco e aggiungere un po’ di acqua. Il processo chimico che si genera immediatamente è quello di sentire uno sfrigolio all’interno della bottiglia che, come per magia, diventa calda. L’esperimento è stato dimostrato diverse volte dal professore della TU/e e ricercatore della TNO, Olaf Adan.
Il funzionamento della batteria termica ruota attorno un principio termochimico relativamente antico: la reazione di un idrato di sale con il vapore acqueo. I cristalli di sale assorbono l’acqua, diventando più grandi e, durante questo processo, rilasciano calore.
È possibile però anche il processo inverso. Aggiungendo calore, si fa evaporare l’acqua e in questo modo si “asciuga” il sale, riducendo così le dimensioni dei cristalli di sale. Fino a quando l’acqua non entra in contatto con la polvere di sale secca, il calore rimane immagazzinato all’interno e non si disperde. Quindi, a differenza di altri tipi di accumulatori di calore, non si hanno perdite: su questo stesso principio anche la batteria risulta esente da perdite.
Questo processo può essere ripetuto all’infinito, sia in un senso che nell’altro, fornendo così la base per la realizzazione di una batteria termica in grado di immagazzinare calore e utilizzarlo in un secondo momento e in un luogo diverso. La batteria termica può quindi essere una soluzione per la fornitura di energia rinnovabile. Infatti, verrebbe caricata con il “calore di scarto” proveniente da luoghi diversi, come ad esempio quello delle fabbriche. Una volta immagazzinato il calore la batteria può essere trasportata e utilizzata per riscaldare case e edifici adibiti a uffici.
Sebbene il principio della batteria termica possa sembrare semplice, la sua applicazione non lo è altrettanto. Infatti, Adan lavora da 12 anni su questo progetto perché sono diversi i fattori da considerare. Il primo è la scelta del materiale salino specifico. Esistono migliaia di reazioni degli idrati con l’acqua. Queste sono state tutte studiate dal ricercatore della TNO e ha scoperto che solo un numero molto limitato ha le giuste proprietà per essere applicato alla batteria.
Un cristallo di sale diventa sempre più piccolo con lo scambio di calore continuo. Questo porta il cristallo a disintegrarsi rapidamente o a aggregarsi ad altre particelle. Il team dei ricercatori della TNO ha quindi individuato il carbonio di potassio come base per la batteria. Questo sale è facilmente reperibile e si trova in molti prodotti come cibo, sapone e vetro.
Individuato il sale, il secondo problema è stato di individuare un contenitore in grado di sfruttare appieno il processo chimico. Adan ha così progettato un sistema a circuito chiuso. Questo sistema di ricircolo è costruito con vari componenti, tra cui uno scambiatore di calore, un ventilatore, un evaporatore/condensatore e una caldaia con particelle di sale.
Dal prototipo all’utilizzo in scala
Il prototipo realizzato da Adan è in grado di immagazzinare 7 kWh, una capacità piuttosto minima, ma in grado di fornire calore per due giorni per una famiglia di quattro persone. È stato quindi un sistema più grande composto da una trentina di batterie uguali al prototipo di base. Questo nuovo sistema ha una capacità di stoccaggio totale di oltre 200 kWh.
L’idea di utilizzare un sistema modulare composto da 30 piccole batterie permette di combinarle a piacimento e di utilizzare solo quelle necessarie.
il trasporto di calore e la transizione ecologica
A differenza di altri sistemi di trasporto di calore, come ad esempio i comuni tubi di metallo, la batteria termica è in grado di immagazzinare calore senza nessuna perdita. Fino a quando non viene aggiunta acqua, al sale secco non si attiva nessun processo e il calore rimane immagazzinato all’interno della batteria.
Il team di ricercatori si è anche focalizzato sul calore residuo industriale come fonte di calore, una sorta di “spreco di calore”, come quello generato come sottoprodotto nelle fabbriche o il calore prodotto dai data center.
La batteria termica permetterebbe di immagazzinare questo calore che andrebbe sprecato e di trasportarlo dove necessario, come le case o gli uffici. In questo modo si creerebbe un duplice effetto, le case potrebbero diventare indipendenti dal gas e si abbasserebbero le emissioni di CO2.
Vantaggi principali della batteria termica
Secondo Adan, la nuova batteria termica ha tre vantaggi principali: è una soluzione più ecologica rispetto ad altre soluzioni, è molto più economica (il carbonio di potassio è facilmente reperibile) ed è facilmente attuabile nel breve periodo. Infatti, non è necessario dover posare tubi e il calore necessario per caricare le batterie è già disponibile perché verrebbe impiegato quello residuo delle fabbriche.
Entro fine anno verranno avviate le prime prove pratiche, saranno installate batterie pilota da circa 70 kWh in due abitazioni di Eindhoven, una in Polonia e una in Francia. È però attualmente al vaglio anche l’utilizzo delle batterie termiche negli uffici, nelle serre, sugli autobus elettrici e sulle navi di lusso.