L’idea di immagazzinare calore nella sabbia per riscaldare le case durante l’inverno può sembrare, a prima vista, troppo semplice per funzionare, in pratica significa introdurre un carico di sabbia da costruzione a basso costo in un silo isolato, riscaldare la sabbia con elettricità rinnovabile e poi per mesi e mesi, sfruttare l’energia termica immagazzinata.
La Finlandia in un’epoca di idrogeno verde, batterie agli ioni di litio e altre soluzioni energetiche ad alta tecnologia ha lanciato la prima “batteria di sabbia” commerciale al mondo. La nazione nordica a circa 230 chilometri a nord-ovest di Helsinki, nella città di Kankaanpää, per riscaldare case, uffici e la piscina pubblica utilizza l’energia termica immagazzinata in un container di acciaio di 7 metri riempito con 100 tonnellate di sabbia.
È un tipico silo
La batteria di sabbia di Kankaanpää è collegata direttamente alla rete elettrica, funziona quando l’elettricità è più economica. L’aria calda soffiata attraverso tubi riscalda la sabbia nel contenitore d’acciaio mediante riscaldamento resistivo (è così che funzionano i riscaldatori elettrici).
La sabbia per mesi è in grado di immagazzinare calore a circa 500-600 °C, così l’energia solare generata in estate può essere utilizzata per riscaldare le case in inverno, può immagazzinare fino a 8 megawattora di energia, ovvero la capacità di una grande batteria al litio su scala di rete.
Il progetto è opera della startup finlandese Polar Night Energy e dell’azienda locale finlandese Vatajankoski. Markku Ylönen, amministratore delegato di Polar Night Energy, ha dichiarato:
«L’intera batteria potrebbe essere costruita in qualsiasi azienda siderurgica. È davvero un tipico silo, senza nulla di speciale. L’aria per scaricare l’energia termica immagazzinata, viene fatta circolare attraverso tubi nella sabbia, viene riscaldata e poi indirizzata dove serve; al momento si tratta soprattutto di riscaldare le case, ma potrebbe essere utilizzata anche per processi industriali ad alta temperatura. Oppure può essere indirizzata a una caldaia di vapore per generare vapore industriale a 200° C, caratteristica piuttosto comune nei processi industriali, in questo processo si perde pochissima energia, a patto che il calore non venga trasportato molto lontano».
Per cosa può essere utilizzato?
Andrew Blakers, direttore del Centro per i sistemi energetici sostenibili dell’Università Nazionale Australiana (ANU), ha detto:
«L’Australia per esempio, non ha lo stesso fabbisogno di riscaldamento domestico della Finlandia, ma c’è molto potenziale per l’utilizzo del calore immagazzinato nei processi industriali, c’è un enorme mercato di stoccaggio per queste cose, che è quello di sostituire il gas nelle fabbriche. Il calore immagazzinato può essere usato per qualsiasi cosa, dalla lavorazione degli alimenti a settori dell’industria dell’alluminio, della produzione di cemento, ferro, acciaio, ceramica e plastica».
Circa il 16% delle emissioni australiane è dovuto alla combustione di gas nell’industria per processi che richiedono alte temperature (qualsiasi cosa sopra i 100°C). Le pompe di calore (la stessa tecnologia utilizzata dai condizionatori d’aria a ciclo inverso), che possono essere alimentate da fonti rinnovabili, raggiungono il massimo a circa 100°C, significa che non possono sostituire il gas per questi usi industriali, ma a seconda del mezzo utilizzato, l’accumulo termico può raggiungere temperature superiori a 1.000°C. Si sceglie il mezzo di stoccaggio in base alla temperatura del processo, la sabbia è solo una delle opzioni, altre includono la roccia frantumata e il sale fuso.
L’accumulo termico più economico del gas
L’idea dell’accumulo di energia termica, compreso il concetto di batteria di sabbia, esiste da anni. Perché allora stanno costruendo queste batterie termiche solo ora?
In primo luogo, per molti anni è stato più conveniente bruciare gas per generare alte temperature; in secondo luogo, a causa della perdita di calore, l’energia termica non può essere trasportata con la stessa facilità del gas pressurizzato, il che può renderne più difficile l’utilizzo.
Recentemente è cambiata anche la prospettiva economica, l’invasione dell’Ucraina da parte della Russia ha interrotto la fornitura di gas all’Europa e ad altri mercati, nel primo trimestre del 2022, i prezzi del gas in Europa erano cinque volte più alti rispetto al primo trimestre del 2021, questi prezzi elevati hanno indotto i produttori australiani a esportare il loro gas, anziché venderlo all’interno, facendo aumentare i prezzi in Australia.
Andrew Blakers ha detto:
«Lo stoccaggio termico per i processi industriali ad alta temperatura è diventato più conveniente della combustione del gas, il prezzo dell’energia solare ed eolica negli ultimi tre anni è sceso moltissimo, mentre negli ultimi mesi il prezzo del gas è salito alle stelle. Improvvisamente, le condizioni si sono completamente ribaltate, immagino che la maggior parte delle fabbriche stia valutando l’accumulo termico».
Esperti hanno evidenziato che le fabbriche che vogliono passare all’accumulo termico non potranno semplicemente immettere il calore, come fanno con il gas, dovranno invece costruire i propri silos di accumulo termico e riscaldarli con l’elettricità solare diurna a basso costo, proveniente dai propri impianti sul tetto o dalla rete.
Andrew Blakers ha affermato:
«Alcune migliaia di metri cubi di stoccaggio sarebbero sufficienti per mantenere in funzione una fabbrica, oppure le fabbriche potrebbero aspettare che i prezzi del gas scendano. Penso che sarebbero pazze se aspettassero, nessuno può prevedere l’andamento del prezzo del gas, ma l’unica cosa che si sa è che l’elettricità solare diurna rimarrà a basso prezzo».
Chi è il prossimo?
Lo start-up australiano 1414 Degrees ha sviluppato e brevettato un sistema di accumulo termico simile alla batteria finlandese, ma per immagazzinare il calore invece della sabbia utilizza il silicio fuso. Recentemente ha collaborato con un’altra società, Vast Solar, per pianificare un progetto solare termico nell’Australia meridionale.
L’azienda pubblica svedese Vattenfall sta costruendo a Berlino un accumulatore di energia termica da 200 MW. L’accumulatore di calore può contenere 56 milioni di litri d’acqua, che saranno riscaldati a 98°C per riscaldare le case.
Markku Ylönen amministratore delegato di Polar Night Energy, in conclusione ha detto:
«La guerra in Ucraina ha posto l’attenzione su fonti energetiche alternative e metodi di stoccaggio. La nostra azienda ha riscontrato un grande interesse nella costruzione di altre batterie di sabbia. Recentemente Mosca ha sospeso la fornitura di gas ed elettricità alla Finlandia a causa della sua richiesta di adesione alla Nato. La prossima batteria sarà 100 volte più grande, con un diametro di circa 20 metri e un’altezza di 10 metri, con una capacità energetica di 1 GWh. Verrà costruita in Finlandia, ma stiamo già negoziando diversi siti a livello internazionale. Costruito e testato il primo di questi progetti più grandi, altri potrebbero essere costruiti rapidamente, alla fine mi piacerebbe dire che l’anno prossimo ne costruiremo 10».
