Accumulo di energia termica utilizzando la variazione della struttura molecolare di una sostanza chimica che, quando è sottoposta a calore, varia la disposizione dei legami covalenti, della molecola.

La ricerca afferma che l’energia termica accumulata equivale a 103 kJ mol -1 (396 kJ kg -1), dimostrando di poter catturare 1,1% dell’energia solare e senza compromettere l’efficienza dei pannelli solari, ma la combinazione dei due sistemi, aumenta l’efficienza totale dell’80%.

Applicazioni industriali

Accumulo energia in un sistema meccanico ruotante (flywheel).

Accumulo di energia termica con il cambiamento di fase: TED (Thermal Energy Device)

TED è un sistema di accumulo che utilizza la fase di transizione da solido a liquido del Silicio, conservando l’energia proveniente dai pannelli fotovoltaici, dai generatori eolici o da altre fonti energetiche, non sempre disponibile quando serve.

Gli ideatori del sistema dichiarano che oltre ad essere economicamente competitivo il loro sistema di accumulo ha una durata nel tempo di almeno venti anni, con un rendimento sestuplo, rispetto le attuali batterie al litio.

L’accumulatore è composto di più moduli da 5 KWh ciascuno, è composto da tre parti rimovibili per una facile manutenzione e in caso di interruzione, mantiene l’erogazione  per 48 ore.

Il test eseguito sul banco di prova, non mostra segni di degrado neppure dopo 3000 cicli di utilizzo, per di più il rendimento sembrerebbe migliorare a ogni ciclo di utilizzo.

TED, può essere utilizzato mentre si ricarica, è al 100% riciclabile; non ci sono trasformazioni perché non si tratta di una reazione chimica, ma di una trasformazione di fase, dallo stato solido allo stato liquido.

Il sistema può essere acceso e spento all’occorrenza.

Il principio di funzionamento è conosciuto fin dall’antichità, quando si disponevano sassi e rocce attorno al fuoco, per mantenere il calore che altrimenti si sarebbe disperso velocemente come aria calda, per di più il calore si manteneva anche quando la fiamma si era spenta; esistono termosifoni e boule elettriche che accumulano il calore nel materiale refrattario che ricopre gli elementi riscaldanti.

Questa capacità di accumulare il calore è conosciuta come “Capacità Termica”.

Quando il Silicio è riscaldato, aumenta la propria temperatura finché raggiunge il cambiamento di fase (phase changing) da solido a liquido, fornendo ulteriore energia termica, questa non aumenta la temperatura del sistema finché si raggiunge un nuovo cambiamento di fase; il silicio fonde a 1414°C e bolle a 3265°C.

È noto che la temperatura di ebollizione dell’acqua pura, con pressione atmosferica uguale a uno, bolle a 100°C, mantenendo la temperatura costante fintanto che è tutta evaporata; questo principio è sfruttato per la distillazione frazionata che serve per separare i composti con diverso punto di ebollizione; ciascun composto, ha un punto di ebollizione differente e nel passaggio di transizione di fase, la temperatura rimane costante.

Questo tipo di energia può essere accumulata.

TED, utilizza Silicio fuso (melt silicon/ molten silicon), contenuto in un grosso contenitore fortemente isolato, per mantenere la fase liquida, evitando disperdere il calore,  tuttavia, a parità di accumulo, è 12 volte meno ingombrante delle batterie al Piombo e diverse volte più piccolo delle attuali batterie al Litio; la conversione di calore in elettricità può avvenire con celle Peltier, motori Stirling, o qualsiasi altro sistema che utilizza il calore come fonte energetica.

Le fonti di energia rinnovabili, con esclusione dei sistemi idroelettrici, dove l’energia prodotta dai generatori collegati alle turbine che sfruttano masse d’acqua in movimento, non sono sempre disponibili, pertanto, è necessario pensare a un sistema di accumulo dell’energia prodotta.

Le centrali idroelettriche, che non possono essere disattivate nei periodi di minor richiesta di energia, e hanno i bacini di accumulo, utilizzano gli stessi generatori di corrente, utilizzati come motori elettrici, per alimentare le pompe che sollevano l’acqua dal bacino inferiore al bacino superiore.

accumulo di energia in una struttura chimica

L’energia in eccesso, è utilizzata per far ruotare un dispositivo meccanico (volano).

Il sistema, è costituito da una massa ruotante contenuta in un contenitore sottovuoto e sostenuta da cuscinetti magnetici,  la velocità di rotazione è compresa tra 20.000 e 50.000 giri.

il sistema, ha rapporto capacità energetica/massa, rispetto alle tradizionali batterie al piombo.

Il funzionamento e semplice, sfrutta Il principio di conservazione della energia.

Quando ho energia in eccesso, alimento un motore che utilizzo per mettere in rotazione una massa; quando ho necessità di utilizzare l’energia, utilizzo lo stesso motore come generatore di corrente.

Maggiore è l’energia fornita, maggiore sarà la velocità di rotazione del dispositivo meccanico; quando recupero l’energia cinetica, la velocità di rotazione si riduce

.

L’energia cinetica accumulata è:

E = ½ Iω2

 

dove I, è il momento di inerzia della massa rispetto all'asse di rotazione e ω è la velocità angolare.

Poiché il momento d'inerzia di un sistema di particelle è proporzionale alla massa delle particelle ed al quadrato della distanza di queste dall'asse di rotazione rispetto al quale se ne voglia calcolare il momento d'inerzia, si ha che la capacità di accumulo di energia in un volano aumenta, oltre che con l'aumentare della massa, anche con il crescere della distanza di questa dall'asse di rotazione.

Accumulo energia sfruttanto la forza di gravità

Quando c’è abbondanza di produzione energetica, anziché immagazzinarla in una batteria, si utilizza l’eccesso di energia per sollevare un peso.

Quando serve energia, il peso sarà fatto cadere per gravità recuperando l’energia accumulata.

Accumulo di energia termica in mattoncini

I blocchi immagazzinano l’energia prodotta in eccesso dalla produzione industriale e dai sistemi di energia rinnovabile, quando il sole non splende o il vento non soffia, l’energia accumulata sotto forma di energia termica, è restituita, utilizzando il calore per produrre vapore da inviare alle turbine dei generatori.

I blocchi sono costituiti da una matrice di supporto, che non fonde, e da un composto che si trasforma da solido a liquido, immagazzinando il calore nel passaggio dalla fase “solido” alla fase” liquido”.

I ricercatori paragonano i mattoncini, utilizzato per lo stoccaggio termico, a un dolcetto farcito di cioccolato che messo a cuocere nel forno, accumula l’energia nel passaggio dalla fase “solido a liquido”; il cuore di cioccolato si scioglie, ma non fuoriesce dall’involucro che è la struttura portante.

CRYOBattery, accumulo di energia trasformando l’aria in aria liquida

CRYOBattery, tuttora in fase di attuazione, è un metodo per accumulare 250MWh di energia, che consiste nel comprimere l’aria trasformandola in aria liquida e conservarla, efficacemente, in recipienti mantenuti a – 196°C.

Quando è necessario recuperare l’energia, l’aria liquida è riscaldata, trasformandola nuovamente in gas, che espandendosi velocemente è in grado di azionare una turbina collegata a un generatore di elettricità.

rick 3Riccardo Monti