4. Rivoluzione energetica: le batterie di sabbia
di Annaluce Ferrari
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Rivoluzione energetica: le batterie di sabbia
In Finlandia si compie un nuovo passo verso la transizione energetica!
Nella centrale elettrica di Vatajankoski, a poche ore da Helsinki, un team di giovani ingegneri dell’azienda Polar Night Energy ha portato a termine la prima installazione al mondo di una batteria termica commerciale realizzata con la sabbia.
Questa “batteria di sabbia” immagazzina in modo stabile e conveniente il surplus di energia generato da fonti rinnovabili sotto forma di calore, che potrà essere utilizzato successivamente sia negli impianti di teleriscaldamento cittadino, sia nei processi industriali.
Si tratta di un’istallazione unica nel suo genere che potrebbe fornire una potenziale soluzione al problema dell’intermittenza delle fonti rinnovabili.
Rivoluzione energetica: le batterie di sabbia
Il funzionamento delle batterie
L’idea della “batteria di sabbia” è stata sviluppata per la prima volta a Tampere, in Finlandia, ricevendo fondi e aiuti dall’amministrazione comunale per lo sviluppo di un impianto pilota.
A Kankaanpää, sempre in Finlandia, Polar Night Energy è riuscita a costruire un dispositivo di accumulo di calore maggiore, con una capacità di 8MWh, connessa alla rete di teleriscaldamento di Vatajankoski e in grado di riscaldare edifici residenziali e commerciali, abitazioni famigliari e la piscina comunale per tutto l’anno.
Dentro il semplice silo grigio alto sette metri e largo quattro dell’impianto sono state accumulate 100 tonnellate di sabbia grezza ed economica: sfruttando il fenomeno del riscaldamento resistivo, il surplus di energia generato dalle fonti rinnovabili riscalda la sabbia fino a 500°C (dato variabile a seconda delle dimensioni del dispositivo).
Questo processo genera aria calda che viene fatta circolare nella sabbia mediante un apposito scambiatore di calore.
Perché la sabbia è così importante? Questo materiale granulare è:
- poco costoso,
- abbondante
- e può essere riscaldato oltre i 1000°C, perfetto per le necessità della batteria.
Altri gruppi di ricerca, come l’US National Renewable Energy Laboratory, la stanno infatti valutando come un efficiente mezzo di storage per le energie verdi, ma i finlandesi sono i primi con un sistema commerciale attivo e ben performante.
Il dispositivo non richiede nessun intervento particolare – a parte l’eliminazione di possibile sporcizia e umidità dal materiale – rendendone il funzionamento semplice ed economico. Le emissioni di CO2 dell’accumulatore di calore, inoltre, dipendono dai materiali e dalla fase di costruzione. Nel caso dell’impianto di PNE queste emissioni sono relativamente minime, di conseguenza le emissioni generali derivano principalmente dalla fonte di energia che alimenta l’impianto stesso. Si può dire che il calore proveniente da queste batterie è pulito quanto lo è l’energia che l’alimenta.
L’importanza del riscaldamento in Finlandia
Il riscaldamento è un tema estremamente importante per la sopravvivenza di un paese come la Finlandia dove gli inverni sono lunghi, freddi e scuri e durante i quali l’energia rinnovabile scarseggia criticamente rispetto alla domanda. Le “batterie di sabbia” possono immagazzinare il surplus delle rinnovabili per attingervi nei momenti di necessità, a costi inferiori.
“Se ci sono poche centrali elettriche che funzionano per qualche ora d’inverno, quando c’è più freddo, i prezzi saranno estremamente elevati”, dice Elina Seppänen, specialista di energia e clima per la città di Kankaanpää, “ma se abbiamo questo tipo di soluzione che permette flessibilità all’uso, e storage per il calore, questo aiuterebbe molto in termini di riduzione costi”.
La recente decisione della Russia di tagliare i rifornimenti di gas ed elettricità in risposta alla volontà della Finlandia di entrare nella NATO ha creato crescenti preoccupazioni e ha portato il problema dell’energia verde nuovamente al centro dell’attenzione.
Sviluppi futuri
Uno dei più grandi ostacoli, ora, è applicare questa tecnologia in contesti più ampi e utilizzarla anche per immagazzinare elettricità, oltre al calore. Il calore immagazzinato in queste batterie potrebbe eventualmente essere convertito in elettricità attraverso l’utilizzo di apposite turbine.
Questo processo richiederebbe investimenti aggiuntivi e la conversione del calore in elettricità comporterebbe delle perdite, riducendo l’efficienza e la convenienza dell’impianto, che deve essere quindi ulteriormente sviluppato.
Al momento, il prossimo obiettivo dell’azienda è quello di aumentare la scala, installando batterie di sabbia da almeno 20 GWh e in grado di arrivare fino a 1.000 °C.
Il problema delle rinnovabili
Gli sviluppatori di PNE ritengono che le loro “batterie di sabbia” potrebbero risolvere il problema della fornitura annuale delle rinnovabili.
Il “difetto” principale delle rinnovabili riguarda la loro intermittenza: cosa succede quando il sole non splende o il vento non soffia? La risposta più immediata a questo problema è il potenziamento delle batterie a grande scala per lo stoccaggio dell’energia in eccesso, per far fronte ai periodi di scarsità. Al momento, la maggior parte delle batterie sono fatte con il litio, sono molto costose, hanno un’elevata impronta ambientale e permettono di immagazzinare solamente con una quantità limitata di energia in eccesso. Al contrario, le “batterie di sabbia” sono più economiche, utilizzano materiali facilmente reperibili, sono sostenibili e permettono l’accumulo di grandi quantità di surplus energetico sotto forma di calore.
Le “batterie di sabbia” arriveranno in Italia
Ad inizio luglio 2022 RINA, multinazionale di consulenza, ispezione e certificazione ingegneristica, ha avviato una collaborazione con la Magaldi Green Energy, startup del gruppo Magaldi specializzata nella ricerca, produzione e commercializzazione di tecnologie per la generazione e lo stoccaggio di energia rinnovabile.
Questa collaborazione prevede l’utilizzo della tecnologia MGTES (Magaldi Green Thermal Energy Storage) per lo stoccaggio di energia termica proveniente da fonti rinnovabili. La MGTES sfrutta un letto fluido di particelle di sabbia silicea che è in grado di trasformare l’energia elettrica ricevuta e di trasmettere questo calore all’esterno quando richiesto, in un procedimento molto simile alle “batterie di sabbia” della PNE. Secondo Mario Magaldi, presidente di Magaldi Green Energy, il loro storage può rilasciare calore fino a 600°C con un’efficienza prossima al 90%.
L’impianto pilota verrà costruito e messo in funzione presso l’Innovation Hub di Castel Romano, di proprietà di RINA.
Superando alcuni limiti delle rinnovabili, la diffusione di queste “batterie di sabbia” è un grande passo verso la transizione ecologica e la riduzione delle emissioni, sia nel rispetto degli impegni internazionali, sia nella tutela del benessere dei cittadini e nel contrasto alla crisi climatica.
Rivoluzione energetica: le batterie di sabbia