Particelle solide per catturare l’energia solare
L’energia solare è un’importante risorsa rinnovabile alternativa che aiuta a ridurre l’impatto ambientale negativo delle emissioni di anidride carbonica. L’energia solare concentrata (CSP, concentrated solar power) utilizza degli specchi per concentrare la luce del sole e catturarla sotto forma di calore, che poi aziona un motore o una turbina. Uno dei principali vantaggi della CSP rispetto a tecnologie rinnovabili per la produzione di elettricità molto variabili come il fotovoltaico o l’eolico è la sua capacità di fornire elettricità su richiesta grazie all’accumulo termico. Ma per produrre elettricità in modo concorrenziale, si devono migliorare l’efficienza e il costo degli impianti CSP. Una delle possibili strade per migliorare le prestazioni della tecnologia CSP è quella di aumentare la temperatura di lavoro del fluido di trasferimento del calore (heat transfer fluid, HTF) e del mezzo di accumulo. Nell’ambito del progetto CSP2 (Concentrated solar power in particles), finanziato dall’UE, gli scienziati hanno proposto un HTF alternativo, basato su una sospensione densa di particelle solide. Questa può funzionare fino a 750 °C con un’efficienza del 70-90 %, superando così in modo considerevole gli impianti CSP all’avanguardia che usano sali fusi come HTF. I membri del consorzio hanno sviluppato e messo in funzione con successo un ricevitore solare pilota con una capacità termica di 100-150 kW che è stato collocato nel punto focale della fornace solare da 1 MW del Centro nazionale per la ricerca scientifica (CNRS), situato in Francia. Il circuito solare è stato testato per 8 ore, con una portata variabile da circa 0,7 a 1,8 tonnellate all’ora. Il ricevitore solare era composto da 16 tubi verticali lunghi un metro in cui la densa sospensione di gas e particelle (DPS) scorreva verticalmente verso l’alto. Il fluido HTF che scorre nei tubi è una DPS. I tubi raggruppati assieme costituiscono l’assorbitore solare (ricevitore), collocato in cima al ricevitore centrale di un sistema CSP. Il nuovo fluido HTF è completamente scuro e non diventa solido a basse temperature. Esso si comporta proprio come un liquido, anche se consente temperature di lavoro superiori a 550 °C e che raggiungono i 750 °C. La fase solida è composta da un qualsiasi minerale particolato che sopporti temperature elevate. Inoltre, esso può essere usato quale mezzo di accumulo dell’energia grazie alla sua buona capacità termica. Grandi quantità di particelle possono essere prodotte facilmente a basso costo senza nessuno sviluppo del processo chimico. I membri del progetto hanno inoltre effettuato degli studi su come ingrandire la tecnologia per strutture CSP industriali. Delle valutazioni economiche hanno permesso di confrontare questa nuova tecnologia DPS con quella a sali fusi. La soluzione di CSP2, che utilizza particelle solide in un ricevitore solare, è un’alternativa radicale ai liquidi o gas HTF utilizzati finora. Dato che le temperature elevate richiedono meno materiale per il trasferimento del calore, la DPS rende possibile una configurazione della centrale elettrica che usa cicli termodinamici ad alta efficienza come ad esempio la CO2 in fase supercritica e cicli combinati che portano a riduzioni dei costi.
Parole chiave
Particelle solide, concentrazione solare, fluido trasferimento calore, densa sospensione gas particelle, accumulo energia termica a temperature elevate
