In Germania, Il 55 percento del consumo finale di energia è destinato al riscaldamento e al raffrescamento. Però, molto calore si disperde inutilizzato perché non viene generato come e quando richiesto. L'accumulo termico con materiale zeolitico consente di immagazzinare il calore per lunghi periodi di tempo senza disperderlo. I ricercatori di Fraunhofer stanno ora lavorando per migliorare significativamente la conduttività termica delle zeoliti.

Oggi molti tetti ospitano collettori solari che forniscono acqua calda alle case. Funziona abbastanza bene in estate; però, la domanda di riscaldamento raggiunge i picchi in inverno, quando le case hanno bisogno di riscaldamento. L'accumulo termico deve quindi essere in grado di immagazzinare una parte del calore in eccesso per utilizzarlo in un secondo momento. Tradizionalmente, a tale scopo sono stati utilizzati grandi serbatoi d'acqua; l'acqua viene riscaldata in questi serbatoi e il calore viene poi immagazzinato direttamente come calore. Il problema con questo metodo è che sono necessari grandi volumi, e nonostante un buon isolamento, si perde anche il calore. In contrasto, L'accumulo termochimico consente di conservare l'energia termica prodotta in estate per l'utilizzo nel freddo inverno. Le zeoliti sono una di queste soluzioni di archiviazione. A differenza dell'acqua, le zeoliti non immagazzinano direttamente il calore, invece, il calore rimuove l'acqua che è immagazzinata all'interno del materiale. Nello stato energetico, le zeoliti sono quindi completamente secche; al contrario, quando il vapore acqueo passa attraverso i pellet, viene rilasciato calore. Il vantaggio di ciò è che l'energia non viene immagazzinata sotto forma di aumento di calore ma sotto forma di stato chimico. Ciò significa che il calore non viene perso durante la conservazione a lungo termine. C'è uno svantaggio:le zeoliti hanno una scarsa conduttività termica, il che rende difficile il trasferimento del calore dallo scambiatore di calore al materiale e viceversa.

Rivestimento con alluminio

Un team di ricercatori del Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam e Plasma Technology FEP hanno ora risolto questo problema grazie al loro lavoro sul progetto ZeoMet. "Abbiamo rivestito i pellet di zeolite con alluminio:questa conduttività termica raddoppiata dopo il primo tentativo senza influire negativamente sull'assorbimento e sul desorbimento dell'acqua. Attualmente puntiamo ad aumentarla da cinque a dieci volte regolando i rivestimenti, " dice il dottor Heidrun Klostermann, Project Manager presso Fraunhofer FEP. Anche se questo sembra relativamente semplice, in realtà pone sfide considerevoli. Ciò significa che per un litro di granuli con una granulometria di cinque millimetri di diametro, circa diecimila di questi minuscoli pellet devono essere rivestiti in modo uniforme con alluminio. Per una granulometria di un millimetro, ciò equivale a un milione di pellet con una superficie complessiva di 3,6 m ² . Più piccolo è il grano, più impegnativo è il processo. Però, i grani più piccoli aumentano anche la densità di potenza specifica dei sistemi di accumulo termico. Per ottenere una conduttività termica sufficiente, anche lo strato deve avere uno spessore di decine di micrometri - per i processi di rivestimento sottovuoto, questo è molto più spesso della norma.

Tuttavia, i ricercatori hanno vinto queste sfide. Fare così, guardavano all'evaporazione termica, per cui il filo di alluminio viene alimentato continuamente su una piastra di ceramica riscaldata nel vuoto, dove l'alluminio viene evaporato e depositato sui granuli come uno strato di alluminio. I pellet devono essere continuamente fatti circolare in un barile in modo che siano tutti coperti in modo uniforme. "La difficoltà principale consisteva nel rivestire i granuli mentre rotolano e nel garantire che il rivestimento fosse applicato in modo uniforme in misura sufficiente, " afferma Klostermann. "L'eccellente collaborazione dei nostri ingegneri, i fisici e la meccanica di precisione sono stati la risorsa principale per aiutarci a raggiungere questo obiettivo."

Anche un'opzione per il raffreddamento

Non solo le zeoliti sono un buon metodo di accumulo termico:possono anche aiutare a fornire raffreddamento per uso domestico insieme ai collettori solari e per applicazioni mobili. Per esempio, nei veicoli commerciali, il calore ceduto dall'unità di potenza potrebbe essere utilizzato per il condizionamento dell'aria nell'ambito di un ciclo termochimico. Dal punto di vista dei ricercatori del Fraunhofer FEP, i materiali ibridi utilizzati per questo presentano nuove sfide. Di conseguenza, gli scienziati stanno cercando di rafforzare le loro connessioni con gli sviluppatori di materiali e gli ingegneri di sistema della ricerca e dell'industria, nella speranza di soluzioni avanzate per la fornitura flessibile di riscaldamento e raffreddamento.