Materiali più resistenti per un’energia solare più efficiente
Con l’abbandono dei combustibili fossili, le tecnologie per le energie rinnovabili devono diventare più efficienti e scalabili per soddisfare la crescente domanda. L’energia solare è una delle risorse naturali più abbondanti, ma trasformare la luce solare in elettricità o calore pone ancora delle sfide. I moderni impianti a concentrazione solare(si apre in una nuova finestra) (CSP) immagazzinano il calore in fluidi come i sali fusi e lo convertono in elettricità. L’efficienza di questo processo, tuttavia, è limitata dalle temperature massime che questi materiali possono sopportare. Per ottenere una maggiore efficienza, ridurre i costi e facilitare nuove applicazioni come la produzione di combustibile solare e il riciclaggio su scala industriale, il settore ha bisogno di tecnologie in grado di resistere a condizioni molto più difficili.
Sistemi energetici ad alta efficienza
Il progetto COMPASsCO2(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, si è proposto di affrontare questa sfida sviluppando nuovi materiali, rivestimenti e uno scambiatore di calore che, insieme, potrebbero consentire agli impianti solari di funzionare a 700 °C e di raggiungere una maggiore efficienza. Il fulcro del sistema analizzato è il ciclo di Brayton, un sistema di conversione dell’energia ampiamente utilizzato nei motori a reazione e nelle turbine a gas. In un ciclo Brayton, un fluido di lavoro viene compresso, riscaldato e quindi espanso attraverso una turbina per generare energia. «Invece del vapore come fluido di lavoro, utilizziamo anidride carbonica supercritica (s-CO2), uno stato fluido dell’anidride carbonica con proprietà eccezionali in quanto combina il comportamento di gas e liquidi», spiega il coordinatore del progetto Daniel Benitez.
Particelle e leghe robuste per condizioni estreme
Il consorzio ha generato particelle solide utilizzando materiale riciclato dall’industria siderurgica per fungere da mezzi di trasferimento del calore e di stoccaggio. Rivestite con materiali ad alto assorbimento solare, queste particelle possono resistere al calore estremo e all’erosione, garantendo prestazioni affidabili a lungo termine. Le particelle sono completate da nuove superleghe a base di cromo(si apre in una nuova finestra) sviluppate per resistere all’ossidazione e alla corrosione ad alte temperature e pressioni. A differenza delle costose leghe di nichel, le nuove leghe di cromo offrono un’opzione più accessibile e scalabile per le applicazioni di energia solare e possono essere utilizzate come rivestimenti su materiali all’avanguardia meno resistenti. Il prototipo di scambiatore di calore è stato testato con successo, confermando la sua durata con particelle superiori a 700 °C e s-CO₂ a oltre 200 bar di pressione. Questi risultati convalidano la fattibilità tecnica dell’integrazione della tecnologia delle particelle con i cicli s-CO₂ negli impianti CSP di prossima generazione.
Rivestimenti innovativi per applicazioni reali
Con i partner del progetto provenienti dalla ricerca e dall’industria, COMPASsCO2 ha assicurato che i risultati siano posizionati per l’uso nel mondo reale. Uno dei risultati più importanti di COMPASsCO2 è un rivestimento in slurry di cromo e silicio che dimostra una resistenza alla corrosione ad alta temperatura ed è più facile ed economico da applicare rispetto alle soluzioni convenzionali. Le sue applicazioni vanno ben oltre l’energia solare, estendendosi alle turbine. Il rivestimento ha già suscitato un forte interesse da parte di portatori di interessi esterni e sarà integrato nella produzione di turbine. Le particelle di FerOx sono inoltre pronte per la produzione commerciale. L’ulteriore perfezionamento delle prestazioni tecnico-economiche dello scambiatore di calore lo preparerà per l’impiego nelle industrie europee. «In prospettiva, i risultati di COMPASsCO2 rappresentano una svolta per gli impianti solari termici a concentrazione, sbloccando il vero potenziale dell’energia solare come motore della transizione verso un futuro verde», conclude il ricercatore.
