Molti processi che generano elettricità producono anche calore, una potente risorsa energetica che spesso non viene sfruttata ovunque, dalle fabbriche ai veicoli alle centrali elettriche. Un sistema innovativo attualmente in fase di sviluppo presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) può immagazzinare rapidamente calore e rilasciarlo per l'uso quando necessario, superando le opzioni di archiviazione convenzionali sia in termini di flessibilità che di efficienza.

Il sistema di accumulo di energia termica di Argonne, o TESS, è stato originariamente sviluppato per catturare e immagazzinare il calore in eccesso dagli impianti di energia solare concentrata. È anche adatto per una varietà di applicazioni commerciali, compresi gli impianti di desalinizzazione, sistemi combinati di calore ed elettricità (CHP), processi industriali, e autocarri pesanti.

Essere in grado di recuperare e utilizzare il calore di scarto può aumentare l'efficienza e ridurre i costi estraendo più energia dalla stessa quantità di combustibile. Nel caso di un impianto elettrico o di desalinizzazione alimentato da energia solare concentrata, il TESS può catturare il calore durante il giorno e rilasciarlo durante la notte per mantenere l'impianto in funzione. Il lavoro di Argonne per sviluppare il sistema è finanziato dal Solar Energy Technologies Office del DOE.

"Ogni volta che hai un processo di combustione, stai sprecando circa il 60 percento dell'energia sotto forma di calore, " disse Dileep Singh, uno scienziato dei materiali senior presso Argonne che ha guidato lo sviluppo di TESS. "In un senso, questa è una versione termica di una batteria, dove si carica e si scarica calore anziché elettricità."

TESS di Argonne è una forma di accumulo di calore latente, dove l'energia è contenuta all'interno di un materiale a cambiamento di fase come il sale fuso. Mentre tali materiali sono bravi a trattenere il calore, sono tipicamente cattivi conduttori, quindi impiegano troppo tempo per assorbire e rilasciare energia.

Per aggirare questa limitazione, i ricercatori dell'Argonne hanno escogitato un modo per incorporare materiali a cambiamento di fase all'interno di materiali porosi, schiuma altamente conduttiva termicamente. Quindi sigillano la schiuma con gas inerte all'interno di un modulo, impedendo all'umidità o all'ossigeno di penetrare all'interno e di degradare i componenti. Il calore accumulato all'interno di un'unità può quindi essere trasferito all'acqua, Per esempio, dove diventa vapore che muove una turbina. Il TESS può anche essere sintonizzato su un'applicazione specifica selezionando diversi materiali a cambiamento di fase.

"Uno dei grandi vantaggi della nostra tecnologia è che è modulare, quindi non hai bisogno di un'enorme struttura di archiviazione, " ha detto Singh. "Puoi creare questi moduli di una certa dimensione gestibile, come un fusto da 55 galloni o più piccolo, e installali nel numero che desideri."

I ricercatori hanno dimostrato che il TESS funziona a temperature superiori a 700°C (1, 292°F). La sua elevata densità di energia lo rende più piccolo e flessibile rispetto ai sistemi di accumulo di calore sensibile comunemente usati, che si basano sull'aumento e l'abbassamento della temperatura di un materiale. La tecnologia ha vinto un premio R&D 100 2019, e i ricercatori stanno ora lavorando per integrarlo all'interno dei sistemi CHP di Capstone Turbine Corporation per aumentare il recupero del calore.

Con l'aiuto di partner del settore, Singh e colleghi continuano a perfezionare la tecnologia TESS, e hanno sviluppato una struttura di test interna per testare le prestazioni con carica e scarica ripetute. Oltre a potenziare i sistemi di cogenerazione ed estendere la dispacciabilità delle centrali di desalinizzazione ed energia, il TESS potrebbe convertire il calore di scarto in energia meccanica in autocarri pesanti o in riscaldamento interno per veicoli elettrici. E proprio come il TESS può funzionare come una batteria per il calore, può fare lo stesso per il freddo, eventualmente offrendo un'opzione di raffreddamento per edifici commerciali.