Tutti sanno che il ghiaccio su un lago si scioglie in primavera. La superficie del ghiaccio assorbe il calore del sole, sufficiente a sciogliere i cristalli di ghiaccio. Successivamente, l’acqua immagazzina il calore. Non molte persone sanno che l’acqua restituisce quell’energia termica all’ambiente circostante in autunno, quando si congela per formare il ghiaccio.
Molti altri materiali si sciolgono e si solidificano allo stesso modo.
Utilizzando le proprietà di uno di questi materiali, noi – un gruppo di ricerca in Norvegia – abbiamo fatto un enorme progresso nel lavoro per creare un deposito di energia verde per riscaldare case e chalet per le vacanze. Abbiamo creato un piccolo serbatoio che sembra uno scaldabagno, ma che può immagazzinare l’energia solare.
Si adatta sotto il lavandino
Una delle cose migliori del nostro serbatoio è che è abbastanza piccolo da stare sotto il lavandino. Il materiale che abbiamo in questa vasca è costituito dai cosiddetti ‘esteri‘. Si tratta di molecole abbondanti nei rifiuti grassi, come il cibo scartato. Possono essere recuperati dall’olio da cucina usato.
Allo stesso modo del ghiaccio quando si scioglie, anche queste molecole assorbono energia termica quando la temperatura intorno a loro aumenta. Quindi trattengono questo calore e rilasciano nuovamente l’energia quando fa freddo. Come la sera.
Se i ricercatori avranno successo, questo potrebbe essere un modo per riscaldare case e capanne per le vacanze nelle notti fredde, utilizzando l’energia solare e i componenti dei rifiuti grassi come il cibo scartato. Illustrazione di Knut Gangåssæter/SINTEF
Molte persone hanno già provato a realizzare un impianto di riscaldamento come questo per il settore residenziale, ma senza successo. Nessuno è arrivato quanto noi. Ora abbiamo raggiunto un punto in cui vorremmo invitare l’industria ad aiutare con il resto del lavoro di ricerca e sviluppo.
Calore verde senza batterie elettriche
Se avremo successo, sarai in grado di ottenere calore verde senza dover fare affidamento su grandi centrali elettriche o batterie elettriche. Certo, avrai bisogno di un bruciatore a legna o di un riscaldatore a parete come riserva nelle giornate molto fredde.
Tuttavia, il nostro sistema è in grado di rinfrescare gli ambienti anche nelle giornate più calde.
Le molecole di estere che sono la chiave di tutto questo appartengono alla famiglia dei “materiali a cambiamento di fase”. Queste sostanze si sciolgono (assorbendo calore) quando la temperatura supera un certo punto. Quindi si solidificano (rilasciando calore) quando la temperatura scende al di sotto dello stesso punto.
Il cibo sprecato potrebbe essere utilizzato come forma di energia, riducendo significativamente la nostra dipendenza dai combustibili fossili. Credito immagine: OpenIDUser2 tramite Wikimedia
Sostanza ideale per la regolazione della temperatura nelle abitazioni
Ci sono migliaia di questi materiali. La temperatura alla quale avviene il cambiamento varia a seconda della sostanza. Se sono a base biologica, il “punto magico” potrebbe essere compreso tra meno 50 e più 275 gradi. I “nostri” esteri rilasciano calore a 30 gradi, ideale per regolare la temperatura in casa.
La capacità che hanno molte sostanze di immagazzinare e poi cedere calore è stata utilizzata in numerose invenzioni. Questi includono tute per elicotteri intelligenti per uso offshore. I passeggeri che altrimenti suderebbero nelle loro tute ora possono stare tranquilli. Questo perché un materiale a cambiamento di fase nella tuta ruba il calore corporeo per sciogliersi.
Se l’elicottero si schianta in mare, accade il contrario. Il ripieno quindi si solidifica e restituisce il calore ai corpi freddi.
In SINTEF, abbiamo fatto un ulteriore passo avanti: per la tua casa e la tua cabina per le vacanze.
Due vantaggi dallo stesso sistema
Abbiamo due obiettivi:
- Raffreddare le stanze utilizzando il “furto di calore” effettuato dagli esteri quando si sciolgono in risposta al calore, come quello del sole.
- Per utilizzare il calore che viene poi rilasciato quando la sostanza si solidifica nelle ore serali più fresche, e usalo per riscaldamento degli ambienti.
Immagazzina energia dal sole
Nel nostro sistema utilizziamo celle fotovoltaiche sul tetto di una casa o altro luogo per generare elettricità che riscalda l’acqua. L’acqua scorre attraverso il piccolo serbatoio all’interno della casa. Questo contiene anche un grumo di esteri solidificati.
Quando l’energia solare riscalda l’acqua, gli esteri si sciolgono e trattengono l’energia solare.
La sera, quando serve il riscaldamento, si corre Freddo acqua attraverso il serbatoio. In un circuito chiuso, l’acqua allontana il calore dagli esteri. In un ambiente che si è raffreddato durante la notte, l’acqua cede il calore tramite termoventilatori e radiatori, fino a quando tutti gli esteri presenti nel serbatoio si sono solidificati.
Utilizzo dell'”elettricità in eccesso” delle turbine eoliche
In modo simile, possiamo anche utilizzare l’energia eolica nei periodi di bassa richiesta di elettricità, consentendo all'”elettricità in eccesso” delle turbine eoliche di sciogliere gli esteri. Se ci riusciamo, significa che Tutto l’elettricità economica può essere utilizzata in questo modo quando il prezzo dell’elettricità oscilla.
Gli scambiatori di calore verrebbero normalmente utilizzati in un serbatoio come il nostro. L’acqua fluirebbe nel serbatoio, separato dall’estere da sottili pareti metalliche. Il calore trasmesso dall’acqua verrebbe quindi trasferito agli esteri attraverso queste pareti.
Ma componenti come questi sono costosi. Sono pesanti e occupano spazio. Ciò aumenterebbe le dimensioni e aumenterebbe il prezzo dei sistemi.
Abbiamo invece scelto di scambiare calore facendo scorrere l’acqua a diretto contatto con gli esteri. Ecco perché il nostro serbatoio richiede solo un quinto dello spazio di uno scaldabagno.
Utilizzando la conoscenza della ricerca petrolifera
L’effetto dipende da quanto bene i due fluidi vengono miscelati. La chimica in un sistema come questo è difficile da controllare, così come il processo di flusso. Tuttavia, in SINTEF, sappiamo tutto di gocce come queste grazie alla nostra ricerca sulla tecnologia che consente di trasportare petrolio e acqua dai pozzi petroliferi su lunghe distanze nella stessa condotta.
Siamo uno dei pochi team che lavorano su soluzioni che lo fanno non utilizzano scambiatori di calore – e uno dei primi a far funzionare il sistema. Il risultato è un sistema di accumulo di energia ideale per l’uso in case e baite per le vacanze, in particolare dove lo spazio è limitato.
Il sistema può anche essere utilizzato per immagazzinare e utilizzare il calore residuo in impianti industriali.
Ma cosa succede se non ci sono giorni consecutivi di sole nella stagione di riscaldamento? Abbiamo pensato anche a questo. Puoi usare un piccolo riscaldatore elettrico per sciogliere gli esteri quando l’elettricità è economica e non ti serve l’elettricità per molto altro. Questa è la semplice soluzione di backup di cui hai bisogno.
Scritto da Galina Simonsen, Heiner Schümann e Halvard Thon / SINTEF
Fonte: Sintef
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
