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 13X, 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 sono stati preparati diversi tipi di supporto, attivati poi mediante deposizione della fase attiva, costituita da MSH. I materiali preparati sono stati caratterizzati e poi testati in cicli di adsorbimento e desorbimento del vapore, utilizzando l’impianti di screening progettato nel corso della precedente LA.

La seconda attività ha riguardato la progettazione e la realizzazione e l’esecuzione di test di adsorbimento/desorbimento di un reattore da 8,5 kg con scambiatore integrato. Lo scopo è quello di indagare quale configurazione reattoristica, sistema adiabatico o con scambiatore, sia più idonea dal punto di vista applicativo, considerato in particolar modo la necessità di dovere mantenere i requisiti di comfort termo-igrometrico di un’abitazione.

Il reattore-scambiatore è stato inoltre modellato tramite la costruzione di un modello matematico in grado di descriverne il funzionamento al variare delle condizioni operative e il modello è stato validato utilizzando i dati sperimentali raccolti.

Ultima attività è stata la modellazione di un sistema completo utenza/impianto, effettuata integrando il modello di dettaglio dell’impianto di accumulo termochimico, incluse tutte le sue parti (reattore e sistema di movimentazione), con l’edificio tipo costituente l’utenza. Il modello vuole descrivere il funzionamento di un sistema di accumulo completo che incorpori la descrizione della fase invernale di rilascio calore, la fase estiva di rigenerazione e la movimentazione dei pellets.