In tutto il mondo, i paesi stanno analizzando i modi per passare dai combustibili fossili alle energie rinnovabili. Tuttavia, una delle principali sfide che devono affrontare è la produzione irregolare di energia da fonti rinnovabili come l’eolico e il solare, che spesso non è in linea con i periodi di picco del consumo energetico. Ad esempio, l’energia solare può generare una sovrabbondanza di energia durante l’estate, che viene poi scartata. Al contrario, non viene generata abbastanza energia per soddisfare il fabbisogno durante le ore serali e l'inverno. Tuttavia, se l’energia in eccesso proveniente da fonti rinnovabili potesse essere catturata e immagazzinata per un uso successivo, ciò contribuirebbe notevolmente a consentire una transizione completa dai combustibili fossili.

Lukas Wehmeyer, Development Engineer, Kanthal."Questa sfida sta guidando lo sviluppo di nuovi sistemi di conservazione dell'energia, ma gran parte dell'attenzione è rivolta alle soluzioni basate sulle batterie", afferma Lukas Wehmeyer, ingegnere di sviluppo, Kanthal. "La realtà è che le batterie non sono in grado di immagazzinare la quantità di energia richiesta. Stiamo parlando di quantità che vanno dalle decine alle centinaia di megavattora. Un’alternativa, che riteniamo abbia il potenziale per raggiungere questa capacità prima, è la conservazione dell'energia termica”.

Che cos'è la conservazione dell'energia termica?

Il concetto di base è che l’energia in eccesso – preferibilmente proveniente da una fonte rinnovabile – viene utilizzata per alimentare un riscaldatore ad aria elettrico, utilizzato per riscaldare un materiale roccioso, come sabbia o roccia vulcanica. Il calore può quindi essere immagazzinato nella roccia per un massimo di due mesi. Per rilasciarlo, viene reimmessa aria fredda nel sistema, che al contatto con la roccia vulcanica genera vapore e riconverte sostanzialmente il calore in energia che può essere immessa nella rete elettrica. Attraverso l’ammodernamento delle centrali elettriche dismesse, è possibile continuare a utilizzare i cicli a vapore esistenti, rendendo anche l’accumulo termico un’opzione economicamente vantaggiosa.

Pensiamo di poter svolgere un ruolo importante nello sviluppo di un valido sistema di accumulo dell'energia termica.

Alba García-Hernández, Development Engineer, Kanthal."Pensiamo di poter svolgere un ruolo importante nello sviluppo di un valido sistema di accumulo dell'energia termica utilizzando la nostra esperienza per progettare il riscaldatore del sistema", afferma Alba García-Hernández, Ingegnere di sviluppo, Kanthal. "C'è un enorme potenziale sul mercato per una soluzione come questa."

Attualmente, un team con sede in Germania sta progettando e producendo un prototipo in grado di riscaldare l’aria fino a 800°C. Entro la fine dell'anno, verrà trasferito presso gli stabilimenti Kanthal di Hallstahammar, in Svezia, per effettuare i test sulle prestazioni.

"Abbiamo eseguito i nostri calcoli analitici, abbiamo eseguito simulazioni numeriche come simulazioni del flusso di fluidi e del trasferimento di calore: ora dobbiamo solo convalidare tali simulazioni e verificare i risultati", afferma Lukas. "Vogliamo davvero testare i limiti della tecnologia, in termini di temperature di uscita, degli elementi riscaldanti e di flusso di fluido che attraversa il riscaldatore. Una cosa è sviluppare una grande soluzione teorica attraverso i calcoli, ma alla fine dobbiamo verificare che il progetto funziona nella pratica."

Tecnologia collaudata, con un nuovo utilizzo.

Il prototipo si basa sulla tecnologia a porcospino di Kanthal, sviluppata per la prima volta negli anni '70 e attualmente utilizzata nelle cassette di riscaldo aria di Kanthal®. Il design unico della tecnologia consente a una proporzione molto ampia della superficie dell'elemento di essere a contatto con l'aria, con conseguente trasferimento di calore in modo altamente efficiente. Il prototipo può fornire 1,3 megawatt e, se i test avranno esito positivo, il passo successivo sarà l'ampliamento verso un sistema molto più grande.

"Se i risultati dei test dimostrano che le nostre simulazioni sono corrette, allora sappiamo che i meccanismi sono corretti", afferma Alba. "A quel punto si tratta solo di espandersi e questa non è la parte più difficile del progetto. Se i test avranno esito positivo, avremo dimostrato al mercato che siamo in grado di fornire una soluzione che funziona e possiamo fornire i dati per dimostrarlo."

Oltre alla conservazione dell'energia termica, il nuovo sistema di riscaldo offre un enorme potenziale anche in una serie di altri processi che richiedono enormi quantità di aria calda, come i processi di essiccazione nell'industria della ceramica. L’obiettivo è estendere la tecnologia in modo che possa soddisfare anche queste opportunità.