I sistemi di accumulo termochimico (TCM), costituiscono un’alternativa promettente per lo sfruttamento dell’energia solare, permettendo di disaccoppiare la disponibilità energetica (estate) dalla sua domanda nell’ambito del riscaldamento domestico (inverno). Durante la stagione invernale, i picchi di domanda di calore costituiscono una perturbazione rilevante per il sistema elettrico, soprattutto nel momento in cui buona parte della domanda di calore sarà soddisfatta da sistemi ad alimentazione elettrica come le pompe di calore. L’accumulo termico stagionale consentirebbe la loro più efficace gestione, apportando benefici in termini di ottimizzazione del parco di generazione, di riduzione delle fonti fossili e di minori criticità della rete elettrica.

Uno dei materiali TCM più utilizzati è costituito dalle zeoliti 13 X, materiale in grado di adsorbire il vapore acqueo e rilasciare calore. Le zeoliti sono un materiale economico e con buone prestazioni, sia in termini di incremento di temperatura durante la fase di rilascio sia in termini di densità di energia (120 kWh/m³). La densità di energia è un fattore chiave nel processo in quanto influenza il volume del reattore.

Densità energetiche più elevate possono essere ottenute utilizzando come materiale TCM i sali idrati, come MgSO₄^.7H₂O (MSH), che può garantire densità fino a 780 kWh/m³. I sistemi TCM a base di MSH sfruttano la reazione di idratazione/disidratazione, endotermica in un verso (carica) ed esotermica nel verso opposto (scarica). A causa di problemi di deliquescenza, i sali idrati devono essere depositati in una matrice porosa. Il supporto deve avere una porosità ottimizzata, garantendo un compromesso tra pori piccoli e volume poroso alto che massimizzano la densità di energia, e pori più grandi che garantiscono un buon trasferimento di materia e di calore.

Nel contesto sopra delineato, una prima linea di attività ha riguardato lo sviluppo di materiali a base di MSH opportunamente supportati da una matrice con porosità ottimizzata. A tale scopo verranno presi in considerazioni diversi tipi di supporto e la porosità verrà controllata, creando una distribuzione di pori di tipo gerarchico, variando i precursori e i generatori di porosità.

Per testare i materiali a base di solfato di magnesio è stato progettato un impianto di screening su scala da laboratorio: l’impianto prevede un reattore a letto impaccato contenente da 10 a 40 g di pellets, con il quale testare piccoli quantitativi di materiali a base di solfato di magnesio. Il reattore può essere alimentato con aria umidificata in fase di assorbimento o con aria secca in fase di rigenerazione. Il reattore è posto all’interno di un forno riscaldato elettricamente, in grado di portare il materiale alla temperatura operativa richiesta (25-40°C in assorbimento, 230-280°C in rigenerazione).

L’impianto è adeguatamente strumentato in modo da potere valutare l’incremento di temperatura durante la fase di scarica e la quantità di vapore assorbito. L’impianto viene gestito tramite PLC e comandato dall’utente tramite interfaccia su PC (HMI).