Mega batterie di sabbia per accumulare energia e alimentare il teleriscaldamento

Per ridurre le emissioni collegate al consumo energetico per il riscaldamento, in Finlandia, basta una batteria. Di grandi dimensioni, ma soprattutto fatta di sabbia. Non è una fake news, quella che arriva dalla cittadina meridionale del paese scandinavo, Pornainen, dove è stata sviluppata una batteria in grado di immagazzinare 100 megawattora di energia, derivata da sole e vento. I paesi del Nord Europa, Norvegia, Danimarca, Svezia ed in questo caso Finlandia, spesso sono portatori di innovazioni sostenibili e all’avanguardia in campo energetico, settore a cui storicamente hanno dedicato sempre grande attenzione e risorse. "Il nostro obiettivo è raggiungere la neutralità climatica entro il 2035 e la batteria di sabbia rappresenta un passo fondamentale in questa direzione", sono le considerazioni di Mikko Paajanen, ceo di Loviisan Lämpö, azienda che gestisce la rete di teleriscaldamento. E la soluzione su scala industriale è rappresentata da questo grande accumulo fatto di sabbia, che servirà all’azienda finlandese Polar Night Energy, per ridurre il consumo di cippato di legno di circa il 60%, mentre la caldaia a biomassa esistente continuerà a fungere da riserva e a supportare la batteria durante i periodi di picco della domanda.

Trovare una soluzione dopo la ritorsione della Russia

Ma cerchiamo di capirne di più di questa batteria di sabbia, che già nel 2022 ha vissuto un periodo di sperimentazione, in un modello più piccolo dell’attuale, nella centrale elettrica nella cittadina di Kankaanpää. Il tutto avvenuto in un momento storicamente complesso. Quando cioè, la Russia ha staccato le forniture di gas come ritorsione per l’adesione della Finlandia alla Nato. "Stavamo parlando di come, se avessimo avuto la libertà di progettare una comunità per noi stessi, avremmo potuto risolvere il problema energetico in un ambiente così limitato", ha detto Markku Ylönen uno degli ideatori del progetto. Così Markku ed il suo amico Tommi Eronen hanno iniziato a ragionare su diverse idee da sperimentare.

E la scelta è caduta sulla sabbia, un modo economico per immagazzinare l'abbondante elettricità generata da fotovoltaico ed eolico. I granelli di sabbia, infatti, hanno grandi potenzialità nella capacità di immagazzinare calore. Dopo qualche anno di prove sul campo, si è arrivati alla batteria di 13 metri di altezza, come una torre, e 15 metri di larghezza, costruita a Pornainen e più grande di circa 10 volte, rispetto all’esperimento precedente nella centrale elettrica a Kankaanpää. Ma se vi state chiedendo come è possibile far funzionare delle batterie alla sabbia, quando comunemente è il litio, con tutti i suoi vantaggi e criticità, l’elemento più diffuso per accumulare energia, allora chiariamo il concetto.

Come funziona

Le batterie alla sabbia non sono batterie nel senso tradizionale del termine, come quelle che alimentano i nostri dispositivi elettronici, ma sistemi di accumulo di energia termica, che sfruttano la capacità della sabbia di immagazzinare grandi quantità di calore. Quando c'è un eccesso di energia elettrica proveniente da solare o eolico, che non può essere immediatamente utilizzata o immessa in rete, questa energia viene convertita in calore. L'elettricità viene utilizzata per riscaldare un flusso d'aria a temperature molto elevate, che possono arrivare fino a 500-600°C. Questa aria calda viene quindi fatta circolare attraverso un grande serbatoio contenente sabbia silicea che assorbe il calore e lo immagazzina. Il serbatoio è ben isolato per minimizzare le dispersioni termiche, tanto da poterlo trattenere per mesi. Quando c'è bisogno di energia, il processo viene invertito: l'aria fredda viene fatta circolare attraverso la sabbia calda, assorbendo il calore accumulato e l’aria calda può essere utilizzata per riscaldare l'acqua di una rete di teleriscaldamento, che poi distribuisce il calore a edifici, scuole e biblioteca, esattamente come avvenuto in Finlandia. Qui la preziosa riserva di energia a basso costo è stata usata durante l’inverno per circa 300 abitazioni, ma anche uffici e persino per la piscina locale.

Il vantaggio della sabbia è che si tratta di un materiale molto comune, abbondante e a basso costo, non combustibile e non tossica, il che rende questi sistemi sicuri e privi di rischi di incendio, a differenza di alcune batterie chimiche. Inoltre utilizzano materiali abbondanti e non critici, riducendo l'impatto ambientale e la dipendenza da catene di approvvigionamento complesse. Secondo un recente studio olandese, la domanda della sabbia, molto usata nelle costruzioni è destinata a crescere del 45% nei prossimi 40 anni, ma le batterie a sabbia funzionano con qualsiasi materiale simile che abbia una densità sufficientemente elevata, entro determinati parametri termodinamici.

Non solo aspetti positivi però, perché sebbene l’efficienza del calore immagazzinato e poi rilasciato come calore possa essere molto elevata, la conversione del calore in elettricità comporta perdite anche significative, rendendole meno efficienti delle batterie elettrochimiche per la sola produzione elettrica. E c’è da aggiungere che richiedono spazi considerevoli per l'installazione, sebbene esistano soluzioni compatte. Ora, l’obiettivo della batteria di sabbia in Finlandia è eliminare 160 tonnellate di emissioni di CO2 equivalente all’anno, visto che la capacità di accumulo di energia termica della batteria è pari a quasi un mese di fabbisogno termico in estate e a una settimana in inverno a Pornainen. Ma l’ambizione va oltre: “costruire in tutto il mondo spazi di stoccaggio cento volte più grandi, il più velocemente possibile".