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Accumulo termico: come catturare il calore estivo per usarlo d’inverno

L'energia solare termica può essere conservata fino all'arrivo dell'inverno grazie ad un materiale economico e una tecnologia messa a punto dall'Empa

 

(Rinnovabili.it) – La Svizzera punta a un riscaldamento energetico completamente sostenibile, ma la strada è ancora lunga: nel 2014, il 71 per cento di tutti delle abitazioni private risultava scaldata da combustibili fossili. Una percentuale non troppo dissimile caratterizzava l’acqua calda consumata. Questi valori non interessano solo la nazione elvetica, ma è da qui che un team di ricercatori sta cercando di ribaltare la situazione. Come? Creando un modo per catturare l’energia termica dell’estate e impiegarla per il riscaldamento invernale. E dall’autunno del 2016, dopo diversi anni di ricerca, l’Empa (Eidgenössische Materialprüfungs-und Forschungsanstalt) ha realizzato un impianto su scala di laboratorio in grado di fare proprio questo: immagazzinare l’estate a lungo termine.

 

La teoria dietro questo tipo di accumulo termico è abbastanza semplice: se si versa dell’acqua in un becher contenente idrossido di sodio solido (NaOH) e concentrato, la miscela si riscalda. La diluizione è esotermica, vale a dire che viene rilasciata energia chimica sotto forma di calore. Inoltre, la soluzione di idrossido di sodio è altamente igroscopica e capace di assorbire vapore acqueo. Il calore di condensazione ottenuto come risultato contribuisce a riscaldare ulteriormente la soluzione.

 

Viceversa, se viene fornita energia termica (raccolta dal sole, per esempio) alla soluzione di idrossido di sodio diluito con acqua, l’umidità evapora rapidamente, aumentando la concentrazione e quindi memorizzando efficacemente l’energia fornita. Questa miscela concentrata può essere conservata per molti mesi (anche anni), finché il calore non è nuovamente liberato. I ricercatori Robert Weber e Benjamin Fumey si sono rimboccati per portare questo esperimento su scale più grandi.

 

In pratica, il supporto di memorizzazione è un liquido viscoso costituito da una soluzione di NaOH al 50 per cento che viene fatta gocciolare lungo un tubo a spirale (creata dagli scambiatori di calore normalmente presenti nelle caldaie istantanee), mentre assorbe il vapore acqueo e quindi trasmette il calore al tubo. Il procedimento funziona anche nel senso inverso, permettendo di accumulare calore. “Questo metodo consente all’energia solare per essere immagazzinata sotto forma di energia chimica dall’estate fino all’inverno”, spiega Fumey. “E non è tutto: il calore immagazzinato può anche essere trasportato altrove sotto forma di soluzione di idrossido di sodio concentrato, il che lo rende flessibile da usare.”

Anche se ancora in fase di prototipo, EMPA è attualmente alla ricerca di partner commerciali per contribuire a creare una versione compatta del sistema per uso domestico.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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