Isomero: i legami tra gli atomi vengono riarrangiati e la molecola si trasforma in una nuova versione energizzata di se stessa
Non importa quanto sia abbondante o rinnovabile, l’energia solare ha ancora un limite significativo. Non esiste cioè un sistema efficiente e a buon mercato per immagazzinare l’energia solare a lungo termine.
L’industria solare è rimasta bloccata a lungo proprio da questo ostacolo tuttavia, solo nell’ultimo anno, sono stati pubblicati diversi articoli scientifici che potrebbero aver trovato una nuova soluzione interessante.
Un team di ricercatori in Svezia ha sviluppato un fluido specializzato, chiamato “combustibile termico solare”, che può immagazzinare l’energia proveniente dal Sole per oltre un decennio.
«Un combustibile termico solare è come una batteria ricaricabile, ma invece dell’elettricità possiamo immagazzinare la luce del sole per ottenere calore da utilizzare su richiesta» scrive Jeffrey Grossman, un ingegnere che lavora al MIT allo sviluppo di questi materiali. Il fluido è in realtà composto da molecole in forma liquida che gli scienziati della Chalmers University of Technology, Svezia hanno sviluppato per oltre un anno.
Ogni singola molecola di tale fluido è composta da carbonio, idrogeno e azoto. Quando una molecola viene colpita dalla luce del sole avviene qualcosa di insolito: i legami tra gli atomi vengono riarrangiati e la molecola si trasforma in una nuova versione energizzata di se stessa, chiamata isomero. Come una preda viene catturata in una trappola, l’energia solare viene così catturata tra i forti legami chimici dell’isomero e rimane lì anche quando la molecola si raffredda a temperatura ambiente. Quando l’energia è necessaria (ad esempio durante la notte o durante l’inverno) il fluido viene fatto semplicemente passare attraverso un catalizzatore che fa tornare la molecola alla sua forma originale, rilasciando in questo modo energia sotto forma di calore.
«L’energia in questo isomero può ora essere immagazzinata per un massimo di 18 anni» scrive Kasper Moth-Poulsen ricercatore che lavora sui nanomateriali ed è membro del team presso la Chalmers University. «Quando viene il momento di estrarre l’energia per usarla otteniamo un aumento di calore che è maggiore di quanto abbiamo sperato potesse accadere» scrive Moth-Poulsen.
Un prototipo del sistema energetico, posto sul tetto di un edificio universitario, ha messo il nuovo fluido alla prova. Secondo i ricercatori, i risultati ottenuti hanno attirato l’attenzione di numerosi investitori.
Come è fatto il sistema per immagazzinare l’energia solare a lungo termine
Il dispositivo per l’energia rinnovabile privo di emissioni è costituito da un riflettore concavo con un tubo al centro che concentra i raggi solari come una sorta di antenna parabolica per la ricezione dei programmi TV via satellite.
Il sistema funziona in modo circolare. Il fluido viene pompato attraverso dei tubi trasparenti e viene riscaldato dalla luce del sole, trasformando la molecola di norbornadiene nel suo isomero capace di intrappolare il calore, il quadriciclano. Il fluido viene poi stoccato a temperatura ambiente ottenendo una minima perdita di energia. Quando l’energia è necessaria, il fluido viene fatto passare attraverso un catalizzatore speciale che trasforma le molecole facendole tornare di nuovo alla loro forma originale, il liquido si riscalda di 63 °C.
La speranza è che questo calore possa venire utilizzato per i sistemi di riscaldamento domestico, alimentando lo scaldabagno di un edificio, la lavastoviglie, lo stendibiancheria e molto altro ancora, prima di tornare nuovamente sul tetto. I ricercatori hanno fatto passare il fluido attraverso il sistema più di 125 volte, raccogliendo calore e rilasciandolo senza ottenere danni significativi alla molecola.
C’è ancora molto lavoro da fare
«Abbiamo fatto molti progressi significativi di recente e oggi abbiamo un sistema ad energia solare senza emissioni che funziona tutto l’anno» scrive Moth-Poulsen.
Dopo una serie di rapidi sviluppi, i ricercatori sostengono che il loro fluido è in grado di immagazzinare 250 Wh (watt ora) di energia per chilogrammo, praticamente è il doppio della capacità energetica delle batterie del sistema Powerwall di Tesla. Ma ci sono ancora margini di miglioramento. I ricercatori pensano di poter ottenere ancora più calore da questo sistema, almeno 110 °C in più.
«Abbiamo ancora molto lavoro da fare. Abbiamo appena messo il sistema in funzione. Ora abbiamo bisogno di garantire che tutto venga sviluppato in modo ottimale» scrive Moth-Poulsen. Se tutto andrà come previsto, Moth-Poulsen ipotizza che la tecnologia potrebbe essere resa disponibile per un uso commerciale entro i prossimi 10 anni.
Uno studio sul funzionamento del sistema è stato pubblicato sulla rivista Royal Society of Chemistry.
