Gli ingegneri dell'Università del Wisconsin-Madison stanno facendo luce su nuove strategie promettenti per immagazzinare l'energia solare. Gli sforzi potrebbero aiutare a superare uno dei principali limiti della generazione di energia da fonti solari, vale a dire, come stare al passo con la domanda di elettricità quando il sole tramonta.

"Poiché l'energia rinnovabile assume un ruolo più importante nella nostra rete elettrica, lo stoccaggio e la consegna su richiesta sono fondamentali, "dice Thatcher Root, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica.

Le fonti rinnovabili hanno rappresentato quasi un quarto della produzione mondiale di elettricità nel 2017, e la capacità di energia solare è cresciuta a un tasso annuo di circa il 51% negli ultimi dieci anni. Sfortunatamente, la domanda di energia elettrica da parte dei consumatori ha picchi tipicamente la sera, considerando che la generazione di energia solare è più efficiente quando il sole è alto nel cielo durante il mezzogiorno.

Questa discrepanza è il motivo per cui le centrali solari hanno bisogno di sistemi migliori per immagazzinare l'energia solare, idealmente qualcosa di conveniente ed efficiente. Integrare l'accumulo di calore nel sistema di raccolta-generazione può essere migliore dell'aggiunta di batterie o altro, sistemi di stoccaggio separati.

Questo approccio può essere particolarmente utile per una tecnologia di energia rinnovabile nota come energia solare a concentrazione (CSP), che è attualmente in uso in quasi 20 strutture negli Stati Uniti. Le piante raccolgono il calore dalla luce solare durante il giorno e sfruttano quell'energia per generare vapore per alimentare una turbina per la generazione di elettricità. Con una certa cura, l'energia solare raccolta durante il giorno può essere immagazzinata come energia termochimica, immagazzinata in legami chimici, per l'uso notturno.

Radice e studentessa Elise Gilcher, che è co-diretto da James Dumesic, l'Ernest Micek Distinguished Chair in ingegneria chimica e biologica, stanno affrontando il problema dello stoccaggio sviluppando catalizzatori migliori, materiali che accelerano le reazioni chimiche senza consumarsi e trasformarsi in nuovi prodotti. Il lavoro sarà anche guidato da Milton J. e A. Maude Shoemaker e dal professor Thomas Keuch di Beckwith-Bascom, un altro membro della facoltà all'interno del dipartimento di ingegneria chimica e biologica, famoso in tutto il mondo per i contributi alla ricerca sulla catalisi.

Alcuni dei più recenti impianti CSP utilizzano il sale fuso per immagazzinare energia, ma gli ingegneri di UW-Madison hanno identificato metodi più efficienti. Un'opzione promettente potrebbe essere l'utilizzo di un sistema reversibile di reforming del metano, come descritto in un documento pubblicato il 13 aprile, 2017, nel diario chimica verde . I suoi autori includono Xinyue Peng (uno studente laureato nel laboratorio di Root), Radice, e Vilas Distinguished Achievement Professor e Paul A. Elfers Professore di ingegneria chimica e biologica Christos Maravelias.

Lo stoccaggio dell'energia termochimica del metano si basa su catalizzatori per assistere le reazioni utilizzate per immagazzinare e rilasciare calore, e i sistemi esistenti hanno un grosso problema. Col tempo, accumulo di carbonio sulle superfici dei catalizzatori (un processo chiamato "coking"), rendendoli inutili.

"Abbiamo bisogno di catalizzatori che non coke up, "dice Radice.

Per affrontare il problema, sta lavorando per modificare chimicamente i catalizzatori applicando uno speciale rivestimento anti-coking ai catalizzatori metallici supportati utilizzando un processo chiamato deposizione di strato atomico. Lo sforzo trae ispirazione da precedenti ricerche guidate da Keuch e Dumesic, che ha dimostrato che la deposizione di strati atomici è adatta per i catalizzatori nelle applicazioni dei biocarburanti. Gilcher modificherà le procedure per i diversi catalizzatori più comunemente utilizzati negli impianti di reforming del metano.