La diffusione delle fonti rinnovabili pone il problema della scarsità di accumuli energetici. Per gestire le problematiche di overloading delle reti e della discontinuità di generazione servono sistemi efficienti e flessibili, sostenibili e di lunga durata, basati su tecnologie e materiali a basso costo. Le batterie di Carnot sono una soluzione tecnica promettente per l’accumulo termico. Convertono in calore l’elettricità in eccesso o a basso costo, tramite l’effetto Joule o pompe di calore, e lo accumulano in materiali poveri e facilmente reperibili quali blocchi lapidei, calcestruzzo, sabbia, miscele di sali fusi utilizzate negli impianti solari a concentrazione (CST).
L’energia è quindi restituita sotto forma di calore, oppure impiegata per produrre nuovamente elettricità, ad esempio con turbine a vapore (power-to-heat-to-power).
Accumulo ibrido
Uno studio scientifico pubblicato recentemente analizza l’efficacia della conversione elettro-termica in un innovativo accumulo ibrido termo-elettrico (TEES o ETES), sviluppato per operare in un intervallo di temperatura compatibile con gli impianti CST. Materiali e componenti sono stati ingegnerizzati per supportare input combinati: la miscela di calcestruzzo dell’accumulo termico, ad esempio, contiene materiali a cambiamento di fase (PCM).
Il TEES proposto dai ricercatori dell’ENEA sfrutta il calore latente in aggiunta a quello sensibile, incrementando la densità di energia accumulata. Materiali e componenti sono ottenuti con processi produttivi consolidati e a basso costo. I test di laboratorio hanno dimostrato l’efficacia del sistema, evidenziando la superiore velocità del riscaldamento elettrico diretto rispetto ai metodi termici convenzionali.
- circuito termico interno (tubo in acciaio inox per la circolazione del fluido termovettore) che funge anche da resistenza elettrica per il riscaldamento con elettricità;
- accumulo solido (calcestruzzo fibrorinforzato con fibre plastiche e metalliche riciclate) additivato per aumentare la densità energetica;
- strato termoisolante esterno
Per aumentare la capacità d’accumulo termico il calcestruzzo è stato formulato per il funzionamento ad alte temperature e con una prolungata stabilità termica, aggiungendo il 10% in peso di PCM (miscela di nitrati di sodio e potassio) stabilizzati nella forma da una matrice porosa di diatomite.
La superiore capacità di stoccaggio del TEES è legata allo sfruttamento del calore latente nelle trasformazioni di fase dei PCM. I test sono stati condotti a temperature fra 220 e 280 °C, ma l’applicazione è scalabile e può operare a temperature fino a 400 °C.
Il prototipo è stato sottoposto a numerosi cicli di riscaldamento con metodi termici ed elettrici, raggiungendo in entrambi i casi una capacità d’accumulo teorica pari all’86%. I risultati ottenuti sono promettenti e aprono la strada a ulteriori innovazioni sui sistemi TEES per applicazioni ad alta temperatura, ad esempio per la fornitura di calore ai processi industriali.
Il prototipo in scala ridotta del TEES (lunghezza 1,4 m, diametro 12 cm) è stato testato nel laboratorio ATES (Advanced Thermal Energy Storage), l’infrastruttura per lo studio e la caratterizzazione dei fenomeni di scambio e accumulo termico del Centro Ricerca ENEA Casaccia (Roma). L’articolo “Experimental testing of new concrete based medium temperature thermal energy storage charged by both a thermal and electrical power source” è stato pubblicato su “Energies” 2025, 18, 3511, MDPI.
