Un nuovo prototipo di accumulo elettro-termico per l’energia del futuro
Enea sta sviluppando un prototipo di accumulo elettro-termico che consente di immagazzinare calore generato sia da fonti termiche sia da energia elettrica rinnovabile, utilizzando materiali a basso costo e facilmente reperibili. Il sistema, capace di raggiungere temperature fino a 350–400 °C, è stato progettato per applicazioni industriali, per il teleriscaldamento e per l’utilizzo dell’energia in eccesso prodotta da eolico e fotovoltaico.
I risultati, pubblicati sulla rivista Energies, dimostrano che la soluzione sviluppata dai ricercatori dell’Agenzia garantisce una carica più rapida rispetto ai sistemi tradizionali e può contribuire in modo decisivo alla stabilità della rete elettrica.
Calcestruzzo, sali e fibre da scarti industriali per l’accumulo elettro-termico
Il cuore del prototipo di accumulo elettro-termico è un blocco di calcestruzzo ad alta temperatura di nuova formulazione, arricchito con fibre metalliche e polimeriche ottenute da scarti industriali e con sali solari – una miscela composta al 60% da nitrato di sodio e al 40% da nitrato di potassio.
La combinazione di questi elementi consente di incrementare del 7–10% la densità energetica immagazzinata rispetto a un calcestruzzo convenzionale, mantenendo un’elevata stabilità fino a 400 °C. Il sistema è attraversato da un tubo in acciaio inox che funge da resistenza elettrica: quando viene percorso da corrente, il tubo si riscalda rapidamente generando calore per effetto Joule, lo stesso principio alla base delle stufe elettriche.
Ricarica più veloce del 50% grazie all’effetto Joule
Nei test condotti sul banco sperimentale ATES (Advanced Thermal Energy Storage System) di ENEA, il nuovo sistema ha mostrato una netta superiorità nella fase di ricarica elettrica rispetto a quella termica.
In modalità elettrica, il prototipo di accumulo elettro-termico ha raggiunto la temperatura target di 320 °C in 3 ore, contro le 6 necessarie con il riscaldamento tramite fluido termovettore. In entrambe le configurazioni, il modulo ha accumulato fino all’86% della capacità teorica di stoccaggio, pari a 1,68 kWh di energia termica.
La resistenza elettrica del tubo è risultata di 4,76 milliohm, un valore in linea con i calcoli teorici e indice di un’elevata efficienza del sistema.
Prove cicliche e stabilità operativa fino a 260 °C
Le prove di durata hanno confermato la replicabilità dei cicli di carica e scarica, con una capacità di accumulo stabile dopo i primi due cicli e un’energia immagazzinata pari al 68% del massimo teorico nelle fasi di esercizio a 260 °C.
Le misurazioni hanno inoltre evidenziato perdite termiche comprese tra 300 W a 150 °C e 1700 W a 290 °C, valori che gli ingegneri ENEA intendono ridurre con versioni più grandi del dispositivo. “Il nostro prototipo è di piccole dimensioni, ma potrà essere facilmente scalato per realizzare moduli di capacità superiore”, spiega Raffaele Liberatore, ricercatore del laboratorio ENEA Energia e accumulo termico.
Il potenziale industriale del prototipo di accumulo elettro-termico ENEA
Dai test di laboratorio è emerso che il prototipo di accumulo elettro-termico sviluppato da ENEA ha operato in modo stabile in un intervallo di temperatura compreso tra 200 e 280 °C, raggiungendo un picco di esercizio di 320 °C. Il sistema, composto da due moduli collegati in serie, utilizza un tubo in acciaio inox AISI 304 lungo un metro e con diametro esterno di 21,3 mm, immerso in un cilindro di calcestruzzo del diametro di 12 cm. Il materiale cementizio, rinforzato con fibre e contenente circa il 9% in peso di sali solari microincapsulati in diatomite, ha mostrato un’eccellente stabilità termica fino a 400 °C e una densità di massa pari a 2.220 kg/m³.
Le prove condotte sull’impianto ATES hanno consentito di caratterizzare accuratamente il comportamento del sistema durante i cicli di carica e scarica. Durante la fase di riscaldamento elettrico, il modulo ha raggiunto una potenza massima di 1,9 kW con tensione di 3 volt e corrente di 630 ampere, dimostrando una perfetta corrispondenza tra i valori misurati e quelli teorici. Il calcestruzzo ha accumulato 1,69 kWh di energia termica in dieci ore, mentre il sistema di riscaldamento a fluido termovettore ha richiesto tempi doppi per raggiungere un contenuto energetico simile (1,68 kWh).
Nei test ciclici, quattro sessioni consecutive di carica e scarica hanno confermato la stabilità termica del materiale e la ripetibilità del comportamento energetico. L’analisi ha inoltre individuato le principali cause di dispersione — fino a 1,7 kW di perdite termiche nella fascia alta di temperatura — e le aree di miglioramento per le versioni successive, tra cui l’uso di moduli di dimensioni maggiori e scambiatori di calore alettati per aumentare l’efficienza complessiva.
Verso moduli industriali e reti energetiche più flessibili
Il progetto rientra nel Programma di Ricerca di Sistema Elettrico finanziato dal Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica (PTR 2025–27) e punta a migliorare la flessibilità delle reti attraverso soluzioni di stoccaggio modulari.
Secondo Michela Lanchi, responsabile del Laboratorio ENEA Energia e accumulo termico, “i sistemi di accumulo termico a medio-alte temperature sviluppati da ENEA consentono di disaccoppiare la produzione di calore ed elettricità dalla disponibilità della risorsa solare, facendo uso di materiali non strategici”.
La ricercatrice sottolinea che tali tecnologie possono “fungere da veri e propri hub energetici, capaci di stoccare energia termica ed elettrica proveniente da diverse fonti rinnovabili e di renderla disponibile on demand”.
Ridurre i costi e aumentare il TRL del sistema
La prossima fase di ricerca riguarderà lo sviluppo di moduli più grandi per ridurre le perdite termiche e ottimizzare il rapporto tra energia immagazzinata e costo del sistema.
L’obiettivo è incrementare il livello di maturità tecnologica (TRL) del prototipo di accumulo elettro-termico, oggi in fase di validazione di laboratorio, per valutarne l’impiego su scala industriale. Le simulazioni mostrano che l’adozione di finned tubes e moduli di maggiore volume potrebbe migliorare significativamente lo scambio termico e la capacità complessiva.