Le batterie che accumulano e rilasciano il calore quando serve

La diffusione delle pompe di calore in Europa, e quindi anche in Italia, ha acceso i riflettori sul tema dell’accumulo termico intelligente: come non sprecare il calore in eccesso generato e valorizzare ulteriormente questa architettura? La risposta è in un nuovo sistema sperimentale sviluppato dai ricercatori della Fondazione per la ricerca industriale e tecnica (Sintef) norvegese e l’azienda svizzera Cowa Thermal Solutions. In pratica hanno messo a punto una batteria termica “che immagazzina il calore della pompa di calore e può essere utilizzato in seguito”, come spiega la biotecnologa Galina Simonsen. Qualcosa di davvero innovativo rispetto alle soluzioni esistenti.

Una pompa di calore, com’è risaputo, è una macchina termica capace di estrarre energia termica da fonti esterne, come l'aria, l'acqua o il terreno, e trasferirla all'interno delle abitazioni per il riscaldamento, il raffrescamento e la produzione di acqua calda sanitaria. La sua capacità si deve a un ciclo termodinamico continuo: grazie alla variazione dello stato fisico (da liquido a gas e viceversa) di uno specifico fluido refrigerante all’interno di un circuito chiuso attua uno “spostamento” del calore. Il problema è che senza una gestione intelligente e flessibile si rischiano sprechi; non meno importante il fatto che spesso a basse temperature è necessario attivare resistenze elettriche supplementari - soprattutto con impianti aria-aria e aria-acqua. Ecco quindi l’idea di accumulare l’energia termica per rispondere meglio alla domanda fluttuante della giornata. E la soluzione è negli idrati di sale. Sintef e Cowa hanno sviluppato un sistema capace di assorbire il calore in eccesso quando la pompa di calore è in funzione e rilasciarlo in un secondo momento, quando la casa ne ha più bisogno. "Le batterie hanno un'elevata efficienza e si caricano e rilasciano calore rapidamente, facilitando la risposta alle esigenze. Ad esempio, quando più persone fanno la doccia una dopo l'altra, o quando si ha bisogno di acqua calda nelle prime ore del mattino", sottolinea Simonsen.

Idrati di sale e nuove strutture metalliche

Gli idrati di sale sono composti chimici che combinano sali e molecole di acqua: la loro stabilità fa sì che reagiscano con un modello di comportamento unico rispetto all’esposizione al calore. Infatti se vengono riscaldati a una certa temperatura cambiano fase: da solido a liquido. Durante questo processo “assorbono e immagazzinano una quantità sorprendentemente elevata di energia termica senza aumentare la loro temperatura”, ricorda Sintef. Quando invece si raffreddano avviene il passaggio inverso e l’energia viene rilasciata. Lo sviluppo si è concentrato sull’impiego di triidato di acetato di sodio e la prospettiva è di trasformare ciò che già funziona in laboratorio in un prodotto per il mercato. L’impresa svizzera si sta concentrando sullo sviluppo di nuovi additivi e supporti strutturali “che garantiscono affidabilità e prestazioni per migliaia di cicli di riscaldamento e raffreddamento”.

Il team di ricerca norvegese invece si sta concentrando sull’efficienza delle batterie termiche, progettando e testando un nuovo tipo di dissipatori in alluminio riciclato con un sottile strato ceramico. Gli idrati di sale infatti sono altamente corrosivi soprattutto se nell’alluminio sono presenti impurità – prevedibili quando si ha a che fare con materiale riciclato. "Questo rivestimento è simile a quello utilizzato sulle padelle antiaderenti e fornisce una barriera molto durevole e resistente alla corrosione". Parallelamente attraverso il progetto europeo Sure2Coat si sta sperimentando l’impiego di strutture metalliche ultrasottili che potrebbero velocizzare i processi di caricamento e scaricamento delle future batterie. “Migliorando il trasferimento di energia, questi progressi potrebbero trasformare l'accumulo termico, rendendolo più veloce, efficiente e pratico per l'uso quotidiano in edifici residenziali e commerciali”, assicura Sintef.

Dispositivi da mettere in cantina

L’obiettivo di questo impegno di sviluppo è di ottenere un’unità di accumulo termico compatta posizionabile in un armadio in cantina. Per altro in proporzione occuperebbe fino a quattro volte in meno rispetto a un comune serbatoio di acqua calda, assicurando il rispetto di analoghi standard di sicurezza: gli idrati di sale non sono tossici e non sono infiammabili. E infine, nel caso vi fosse bisogno, potrebbe essere anche caricata nei momenti in cui l’elettricità costa meno. "Una pompa di calore in funzione continua è costosa, consuma molta energia e può portare al sovraccarico della rete elettrica. Con le nuove batterie, le pompe di calore combinano l'accumulo e la distribuzione intelligente del calore ", conclude Simonsen.