L’accumulo termochimico (TCM), e più in generale l’accumulo ad alta densità di energia (TCM e a cambiamento di fase PCM), costituisce una tecnologia molto promettente per la gestione della domanda di energia, soprattutto nell’ottica di sfruttare le energie rinnovabili aventi andamenti non programmabili e variabili sia nel breve che nel lungo periodo (stagioni). Nel triennio precedente è stato svolto un lavoro di screening sui materiali per l’accumulo termochimico, che ha consentito di identificare il solfato di magnesio eptaidrato come uno dei materiali più promettenti per i cicli di idratazione/disidratazione. L’utilizzo del sale in forma pura pone però diverse problematiche legate alle alte perdite di carico, a problemi di deliquiescenza e di instabilità durante i cicli, ma soprattutto alla formazione di uno strato di sale idrato in superficie, in grado di impedire la diffusione dell’acqua all’interno della porzione di sale non ancora reagita e di ostacolare il completamento della reazione. Per risolvere queste problematiche, si è deciso di depositare il sale su diverse tipologie di supporto. Il confronto tra i diversi materiali supportati sviluppati ha messo in luce che le prestazioni del materiale nei cicli di carica/scarica sono fortemente dipendenti dalla tipologia di supporto scelto e che, anche per il miglior materiale testato, le condizioni operative impiegate nelle prove non sono tali da consentire il pieno sfruttamento del materiale (dinamiche di rilascio del calore lente, idratazione non completa). Alla luce dell’attività svolta nel precedente triennio, nel corso della presente attività, ci si è concentrati sullo sviluppo di materiali ad alta densità di energia, in collaborazione con il gruppo di Catalisi e Processi Catalitici del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano. In particolare, lo scopo della collaborazione è stato quello di sviluppare materiali a base di solfato di magnesio supportato su allumina, la cui porosità è stata ottimizzata ai fini di garantire sia elevati carichi di sale (alta densità energetica) sia una buona diffusione del reagente gassoso (elevate velocità di reazione/diffusione). A tale scopo, il Politecnico ha messo a punto una procedura di preparazione innovativa che ha consentito di sviluppare supporti, governandone la porosità pur mantenendo delle buone caratteristiche meccaniche. I materiali preparati dal Politecnico sono stati testati mediante cicli di assorbimento e rigenerazione, al fine di valutarne le prestazioni in termini di rilascio di calore dovuto alla reazione.
Nel corso della presente attività è stata realizzata e collaudata la nuova postazione di prova progettata nel 2019. Questa è stata impiegata per la campagna di prove sperimentali con i primi test su materiali a base di zeolite 13x. Tale materiale è stato scelto per avviare la campagna sperimentale dal momento che si tratta di un materiale commerciale, disponibile in grandi quantitativi e che non pone pertanto problemi di disattivazione e di approvvigionamento nel caso in cui, durante i primi test, si verifichino dei problemi di condensazione del vapore. Tale problema risulterebbe invece molto gravoso nel caso di utilizzo dei materiali a base di solfato di magnesio, sia perché il solfato di magnesio risulta molto solubile in acqua, sia per la complessa procedura preparativa di tali materiali, per via della quale i quantitativi disponibili sono limitati. Inoltre, le zeoliti costituiscono uno dei materiali più ampiamente studiati per le applicazioni di accumulo stagionale di calore, grazie alla loro buona attività e alla loro elevata stabilità, e costituiscono pertanto un riferimento appropriato per il confronto delle prestazioni dei materiali sviluppati. Sono stati sviluppati diversi prototipi di reattore per accumulo di calore a base di zeolite (MONOSORP, STAID, E-HUB/ECN), che hanno consentito di raggiungere densità di energia pari a 120 kWh/m3 [1]. Sulle zeoliti 13 X sono stati eseguiti test di assorbimento del vapore/rilascio del calore e di desorbimento del vapore/accumulo di calore con due tipologie di reattore: il reattore di screening (da 20 g) e il reattore intermedio (da circa 700 g).
Infine, un ulteriore sviluppo della presente attività è consistito nella costruzione di un modello matematico del reattore di prova per i materiali di accumulo. Tale sviluppo è stato condotto in collaborazione con gruppo Air Lab, del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano. Il modello matematico, sviluppato in ambiente Matlab, è essere in grado di descrivere il comportamento del reattore durante le prove di accumulo/rigenerazione, sia nel caso di utilizzo di materiali a base di zeoliti sia di solfato di magnesio/allumina, e sarà validato sulla base dei risultati della campagna sperimentale condotta presso la postazione di prova di RSE.