L'effetto che i combustibili fossili stanno avendo sull'emergenza climatica sta guidando una spinta internazionale verso l'utilizzo di fonti di energia a basse emissioni di carbonio. Al momento, le migliori opzioni per produrre energia a basse emissioni di carbonio su larga scala sono l'energia eolica e solare. Ma nonostante i miglioramenti negli ultimi anni sia in termini di prestazioni che di costi, rimane un problema significativo:il vento non sempre soffia, e non sempre splende il sole. Una rete elettrica che si basa su queste fonti fluttuanti fatica a far corrispondere costantemente domanda e offerta, e quindi l'energia rinnovabile a volte va sprecata perché non viene prodotta quando serve.

Una delle principali soluzioni a questo problema sono le tecnologie di stoccaggio dell'elettricità su larga scala. Questi funzionano accumulando elettricità quando l'offerta supera la domanda, poi rilasciarlo quando accade il contrario. Però, un problema con questo metodo è che comporta enormi quantità di elettricità.

Le tecnologie di archiviazione esistenti come le batterie non sarebbero adatte a questo tipo di processo, a causa del loro alto costo per unità di energia. Attualmente, oltre il 99% dello stoccaggio di elettricità su larga scala è gestito da dighe idroelettriche di pompaggio, che spostano l'acqua tra due serbatoi attraverso una pompa o una turbina per immagazzinare o produrre energia. Però, ci sono limiti a quanto più idroelettrico può essere costruito a causa delle sue esigenze geografiche.

Un'opzione di stoccaggio promettente è lo stoccaggio di elettricità termica pompata. Questa tecnologia relativamente nuova esiste da circa dieci anni, ed è attualmente in fase di sperimentazione in impianti pilota.

L'accumulo di elettricità termica pompata funziona trasformando l'elettricità in calore utilizzando una pompa di calore su larga scala. Questo calore viene poi immagazzinato in un materiale caldo, come acqua o ghiaia, all'interno di un serbatoio coibentato. Quando serve, il calore viene poi ritrasformato in elettricità mediante un motore termico. Queste conversioni di energia vengono effettuate con cicli termodinamici, gli stessi principi fisici usati per far funzionare i frigoriferi, motori di automobili o centrali termiche.

Tecnologia conosciuta

L'accumulo di energia termica pompata presenta molti vantaggi. I processi di conversione si basano principalmente su tecnologie e componenti convenzionali (come scambiatori di calore, compressori, turbine, e generatori elettrici) che sono già ampiamente utilizzati nell'industria energetica e di trasformazione. Ciò ridurrà il tempo necessario per progettare e costruire l'accumulo di energia termica pompata, anche su larga scala.

I serbatoi di stoccaggio possono essere riempiti con materiali abbondanti ed economici come ghiaia, sali fusi o acqua. E, a differenza delle batterie, questi materiali non rappresentano una minaccia per l'ambiente. Grandi serbatoi di sale fuso sono stati utilizzati con successo per molti anni in centrali solari a concentrazione, che è una tecnologia di energia rinnovabile che ha visto una rapida crescita nell'ultimo decennio. L'energia solare concentrata e l'accumulo di elettricità termica pompata condividono molte somiglianze, ma mentre le centrali solari a concentrazione producono energia immagazzinando la luce solare come calore (e poi convertendola in elettricità), gli impianti di accumulo di elettricità termica pompata immagazzinano elettricità che può provenire da qualsiasi fonte:solare, energia eolica o nucleare, tra gli altri.

Facile da implementare e compatto

Gli impianti di accumulo termico di pompaggio possono essere installati ovunque, indipendentemente dalla geografia. Possono anche essere facilmente scalati per soddisfare le esigenze di storage della rete. Altre forme di accumulo di energia alla rinfusa sono limitate da dove possono essere installate. Per esempio, l'immagazzinamento idrico mediante pompaggio richiede montagne e valli dove possono essere costruiti notevoli serbatoi d'acqua. L'accumulo di energia ad aria compressa si basa su grandi caverne sotterranee.

L'accumulo di elettricità termica pompata ha una densità di energia maggiore rispetto alle dighe idroelettriche pompate (può immagazzinare più energia in un dato volume). Per esempio, 10 volte più elettricità può essere recuperata da 1 kg di acqua immagazzinata a 100°C, rispetto a 1 kg di acqua immagazzinata ad un'altezza di 500 metri in una centrale idroelettrica pompata. Ciò significa che è necessario meno spazio per una data quantità di energia immagazzinata, quindi l'impronta ambientale dell'impianto è minore.

Lunga vita

I componenti dell'accumulo di elettricità termica pompata in genere durano per decenni. batterie, d'altra parte, si degradano nel tempo e devono essere sostituite ogni pochi anni:la maggior parte delle batterie per auto elettriche è generalmente garantita solo per circa cinque-otto anni.

Però, anche se ci sono molte cose che rendono lo stoccaggio di elettricità termica pompato adatto per lo stoccaggio su larga scala di energia rinnovabile, ha i suoi lati negativi. Forse il più grande svantaggio è la sua efficienza relativamente modesta, ovvero quanta elettricità viene restituita durante la scarica, rispetto a quanto è stato messo in carica. La maggior parte dei sistemi di accumulo di energia termica pompata mira a un'efficienza del 50-70%, rispetto all'80-90% per le batterie agli ioni di litio o al 70-85% per l'accumulo idrico con pompa.

Ma ciò che probabilmente conta di più è il costo:più è basso, la società più veloce può muoversi verso un futuro a basse emissioni di carbonio. Si prevede che lo stoccaggio dell'elettricità termica pompata sarà competitivo con altre tecnologie di stoccaggio, anche se questo non sarà noto con certezza fino a quando la tecnologia non maturerà e sarà completamente commercializzata. Così com'è, diverse organizzazioni hanno già lavorato, prototipi reali. Prima testiamo e iniziamo a distribuire l'accumulo di elettricità termica pompata, prima potremo usarlo per aiutare la transizione verso un sistema energetico a basse emissioni di carbonio.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.