Un nuovo studio spiega il potenziale delle scorie dei forni ad arco elettrico come componenti ingegnerizzati per sistemi di accumulo termico ad alta temperatura
Materiali TES da scorie d’acciaio: lo studio del Penn State
Il settore siderurgico nazionale potrebbe fornire nuova spinta al comparto dell’energy storage. In particolare all’accumulo di energia sotto forma di calore. Il come lo spiega un nuovo studio scientifico della Pennsylvania State University, negli Stati Uniti. Qui i ricercatori Michael Enemuo, Arish Dahi Taleghani, Olumide Ogunmodimu, hanno valutato il potenziale delle scorie di acciaio nella realizzazione delle moderne batterie termiche. Un approccio circolare, che garantirebbe a questi sottoprodotti un’ulteriore opportunità di valorizzazione, affiancandosi ai reimpieghi già affermati nelle miscele cementizie o a quelli più sperimentali della catalisi chimica.
Ma per comprendere a pieno le potenzialità della ricerca è necessario fare un passo indietro.
Le scorie dell’acciaio: EAF, LMF, BOF
Quando si parla di scorie dell’acciaio, ci si riferisce solitamente a tre tipologie di scarto, generate durante diverse fasi di fusione, affinamento e lavorazione del metallo:
- La scoria nera generata nel forno ad arco elettrico (EAF– Electric Arc Furnace) durante la prima fusione del rottame ferroso e ricca di ossidi di ferro, silice e calce.
- La scoria bianca, generata nella metallurgia secondaria dai forni a siviera (LMF – Ladle Metallurgy Furnace) e ricca di calce, ossido di magnesio e allumina.
- La scoria BOF (Basic Oxygen Furnace) generata negli altiforni durante la conversione della ghisa liquida in acciaio e caratterizzata da un elevato contenuto di calce e silice.
In Italia, gli ultimi dati disponibili mostrano una produzione di circa 3 milioni di tonnellate di scorie siderurgiche, di cui 2,5 milioni di sole scorie nere provenienti dalle acciaierie nel nord Italia. Il resto è quasi un 50 e 50 di scorie LMF e scorie BOF, quest’ultime generate però esclusivamente nello stabilimento ex ILVA, oggi Acciaierie d’Italia di Taranto.
Il riciclo delle scorie siderurgiche
Come documentato in un recente rapporto del WWF gli scarti EAF, oltre ad essere più numerosi, sono anche quelli che hanno già trovato un riutilizzo come materiale aggregato e non-aggregato in applicazioni legate alle costruzioni. Un esempio su tutti: Granella®, un aggregato industriale di origine siderurgica impiegato nella produzione di conglomerati bituminosi, cementizi e nella realizzazione di misti cementati.
Per gli altri rifiuti, invece, manca ancora un riuso efficiente ma non studi e progetti che tentino di chiudere il cerchio. Una ricerca del 2022, condotta da dall’Università di Bari in collaborazione con il Dipartimento Ricerca e Sviluppo di Acciaierie d’Italia e il CNR ha, ad esempio, utilizzato la scoria BOF, fornita da Acciaierie d’Italia, come catalizzatore per la fotosintesi artificiale di idrogeno e metanolo.
Materiali low cost per l’accumulo termico
Lo studio dei ricercatori della Penn State si inserisce in questo stesso filo, ma cercando di puntare ancora più alto con la valorizzazione dei sottoprodotti siderurgici. Il punto d’arrivo del lavoro doveva essere l’accumulo termico, tecnologia che oggi si basa soprattutto su sali fusi e materiali a cambiamento di fase (PCM), con tutte le complicazioni del caso. Dai costi elevati ai problemi di corrosione, dal degrado ciclico alla complessità di contenimento.
In questo contesto le scorie dell’industria siderurgica rappresentano una risorsa a basso costo (~5 $/ton contro gli oltre 42 $/kg dei sali di nitrato), in grado di operare fino a 1000 °C e utilizzabili come materiale economico per l’accumulo termico ad alta temperatura.
Nel complesso tutte e tre le tipologie di scoria mostrano una composizione ideale per lo stoccaggio termico: sono costituite per il 70-88% in peso da un mix di ossidi di ferro, calcio e silice che garantisce stabilità di fase, elevato potenziale di accumulo e buone proprietà di trasporto termico.
Tuttavia c’è chi performa meglio degli altri: gli scarti EAF sono risultati il candidato più promettente. “Tra i materiali testati, le scorie di forno ad arco elettrico offrono la base di partenza più favorevole grazie alla bassa perdita di massa, alla minima quantità di calce libera rilevabile” azzerando quasi del tutto i rischi di disgregazione o fessurazione strutturale, “ad una risposta relativamente stabile al flusso di calore e alla favorevole composizione delle fasi“, ha spiegato Enemuo.
“Sulla base degli indicatori indiretti di stabilità fisico-chimica e termica valutati in questo lavoro, la classificazione preliminare di idoneità per i sistemi di accumulo termico (TES) è la seguente: scoria di forno ad arco elettrico, poi scoria di forno metallurgico in siviera, seguita da scoria di forno a ossigeno basico”, ha aggiunto Ogunmodimu.
Tuttavia, ci tengono a sottolineare gli scienziati, per la validazione finale in impianti reali saranno necessarie misurazioni dirette di conduttività termica, calore specifico, densità e resistenza ai cicli termici prolungati (carica/scarica).
La ricerca “Comparative physicochemical and thermal stability screening of steelmaking slags for high-temperature thermal energy storage applications” è stata pubblicata su Solar Energy (2026).
