Non solo batterie: il calore può accumulare energia come il litio

Quando si parla di accumulare energia prodotta dal fotovoltaico o di alimentare auto elettriche e colonnine di ricarica, si pensa subito alle batterie agli ioni di litio. Esiste però un altro modo per conservare energia: immagazzinare il calore.

Questo sistema, chiamato accumulo termico, sfrutta materiali speciali che assorbono energia quando si sciolgono (passano da solidi a liquidi) e la restituiscono quando si solidificano di nuovo. In questo modo il calore prodotto in un momento della giornata, ad esempio con il sole, può essere utilizzato più tardi quando serve.

Negli ultimi anni questi sistemi sono stati studiati per applicazioni come gli essiccatori solari, gli impianti agrivoltaici e le cosiddette batterie di calore, cioè dispositivi che immagazzinano energia sotto forma di calore invece che di elettricità. Per capire quanto siano davvero efficienti e sostenibili, i ricercatori utilizzano due strumenti principali: l'analisi exergetica e il Life Cycle Assessment (LCA).

Nel settore delle auto elettriche ci si concentra spesso solo sull'efficienza della batteria e del motore. In realtà anche la gestione del calore è molto importante. Recuperare e utilizzare il calore in modo intelligente può ridurre gli sprechi di energia, migliorare l'integrazione con gli impianti fotovoltaici e diminuire l'impatto ambientale complessivo di un veicolo o di una stazione di ricarica.

Come si misura l'efficienza reale di un sistema

L'analisi exergetica, o analisi dell'exergia, è un metodo utilizzato dagli ingegneri per capire quanta dell'energia disponibile può essere trasformata in lavoro utile e quanta invece viene inevitabilmente persa. Non basta infatti sapere quanta energia contiene un sistema: è importante capire quanta di questa energia può essere sfruttata davvero.

Per esempio, in un sistema di accumulo termico una parte del calore immagazzinato può essere riutilizzata per riscaldare un ambiente, alimentare un processo industriale o aiutare la ricarica di un impianto. Un'altra parte, invece, si disperde e non può più essere recuperata. L'analisi exergetica serve proprio a misurare questa differenza.

L'altro strumento è il Life Cycle Assessment (LCA), cioè l'analisi del ciclo di vita. Questo metodo valuta l'impatto ambientale di un prodotto considerando tutte le sue fasi: dall'estrazione delle materie prime alla produzione, dall'utilizzo fino al riciclo o allo smaltimento finale.

Il Life Cycle Assessment (LCA) è l'analisi del ciclo di vita

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Un esempio è il progetto sperimentale ATLAS dell'ENEA, un grande sistema che può accumulare oltre 200 kWh di energia termica raggiungendo temperature fino a 450 °C. In questo impianto vengono utilizzate sia l'analisi exergetica sia il LCA per verificare quanta energia viene sfruttata realmente e quale sia l'impatto ambientale dell'intero sistema.

Gli stessi criteri vengono applicati sempre più spesso anche ai grandi impianti di batterie installati accanto a parchi fotovoltaici o stazioni di ricarica per veicoli elettrici. In questi casi bisogna trovare il giusto equilibrio tra efficienza energetica, costi, impatto ambientale e stabilità della rete elettrica.

Come funzionano le batterie di calore

I sistemi di accumulo termico utilizzano spesso i cosiddetti PCM (Phase Change Materials, cioè materiali a cambiamento di fase). Si tratta di sostanze come paraffine, sali idrati o particolari acidi grassi che assorbono grandi quantità di calore mentre si sciolgono e lo rilasciano quando tornano solidi.

Il vantaggio principale è che riescono a mantenere una temperatura quasi costante durante questo passaggio. Per questo vengono impiegati negli essiccatori solari, dove permettono di continuare a lavorare anche quando il sole cala. Alcuni studi hanno mostrato che questi sistemi possono raggiungere un'efficienza termica di circa il 70% e ridurre i tempi di essiccazione fino al 40%.

Lo stesso principio può essere applicato anche ai depositi dove sostano flotte di autobus, furgoni o camion elettrici. Una batteria di calore alimentata dal fotovoltaico potrebbe riscaldare o raffrescare gli edifici e preparare gli impianti di climatizzazione dei veicoli durante le soste, lasciando così tutta l'energia elettrica disponibile per la ricarica delle batterie.

Inoltre, immagazzinando il calore prodotto durante le ore più soleggiate, questi sistemi possono contribuire a ridurre i picchi di richiesta di energia nelle stazioni di ricarica rapida, limitando la potenza necessaria dalla rete elettrica.

I numeri che aiutano a scegliere il sistema migliore

Quando si confrontano diverse tecnologie di accumulo non basta considerare quanta energia riescono a immagazzinare. Si utilizzano anche alcuni indicatori economici e ambientali, quindi non solo il Life Cycle Assessment (LCA), che misura l'impatto ambientale complessivo durante tutta la vita del sistema. C'è anche il LCOE (Levelized Cost of Energy), che indica quanto costa produrre o fornire 1 kWh di energia considerando tutte le spese sostenute durante la vita dell'impianto, dalla costruzione alla manutenzione fino allo smaltimento. Più il LCOE è basso, più il sistema è conveniente.

Hub energetico con batterie, accumulo termico, solare e ricarica EV

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Infine c'è il tempo di ritorno dell'investimento (o payback), cioè il periodo necessario perché il risparmio ottenuto compensi il costo iniziale dell'impianto. Questi indicatori permettono di capire se, in un determinato progetto, convenga installare batterie tradizionali, batterie di calore oppure una combinazione delle due tecnologie.

In futuro, con la diffusione del fotovoltaico, dell'agrivoltaico e della mobilità elettrica, sarà sempre più importante integrare diversi sistemi di accumulo. L'obiettivo non sarà solo conservare più energia possibile, ma utilizzare quella disponibile nel modo più efficiente, riducendo i costi e l'impatto sull'ambiente.

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