Con la crescita delle installazioni di sistemi efficienti, come i pannelli solari termici, fotovoltaici e le pompe di calore, è probabile che assisteremo a un aumento dell’interesse per le nostre batterie termiche.
Con questa ondata di interesse, ci aspettiamo e accogliamo con piacere una serie di domande intelligenti sia da parte degli installatori professionisti sia da parte della crescente comunità degli early adopters delle tecnologie verdi e rinnovabili, spinti da preoccupazioni ambientali, da un consapevole entusiasmo per la tecnologia e, sempre più spesso, da fattori economici.
Se rientrate in una di queste categorie, è probabile che sappiate già perché le batterie termiche fanno notizia, non solo per il loro ruolo chiave nella riduzione delle emissioni di anidride carbonica e dei costi energetici, ma anche perché le loro dimensioni compatte liberano spazio prezioso nei locali.
Probabilmente conoscete anche la teoria sul funzionamento delle batterie termiche e il motivo per cui sono una componente fondamentale di una soluzione energetica verde e sostenibile sia in ambito domestico che commerciale. Ecco un link utile se avete bisogno di una spiegazione rapida per un amico o un collega.
Ma quello che forse non sapete ancora bene, in un ambiente in così rapida evoluzione, è perché e come il materiale a cambiamento di fase (PCM) in una batteria di calore sia così fondamentale e perché la formulazione del PCM possa essere determinante nella scelta della batteria termica.
Qual è la scienza, e in particolare la chimica, alla base di Plentigrade, la piattaforma PCM di Sunamp, brevettata e unica nel suo genere?
In generale, tutti i PCM sono sostanze che assorbono e rilasciano grandi quantità di calore latente quando cambiano il loro stato fisico. Il calore latente è semplicemente l’energia associata a un processo di “cambiamento di stato” come la fusione e il congelamento.
Per sciogliere il ghiaccio o il sale, ad esempio, si applica il calore finché il solido non raggiunge il suo punto di fusione specifico, ad esempio 0°C per l’acqua o 800°C per il sale. Poi, anche se si continua ad applicare il calore, la temperatura rimane invariata e l’energia accumulata viene dirottata verso il cambiamento molecolare, spingendo il reticolo di molecole strettamente compresso e assorbendo l’energia “nascosta”(latentem in latino) o latente.
Allo stesso modo, quando il processo viene invertito e il “cambiamento di stato” è da liquido a solido, le molecole disordinate e libere generano un altro ciclo di energia latente mentre si auto-assemblano in un reticolo stretto e ordinato, rilasciando energia mentre lo fanno.
Quindi il fenomeno è naturale e riguarda enormi quantità di energia latente. Come possiamo sfruttarlo?
Si tratta di controllarlo e manipolarlo, la risposta è nei PCM.
I PCM non sono una novità. Il ghiaccio è un semplice PCM e già nel 400 AC i Persiani costruivano nel deserto lo yakhchal, una sorta di refrigeratore evaporativo che raffreddava l’aria attraverso l’evaporazione dell’acqua, precursore del moderno frigorifero.
Oggi gli ingegneri utilizzano una serie di PCM convenzionali come cere, paraffine e oli di origine vegetale per alimentare batterie termiche e altre applicazioni di riscaldamento e raffreddamento. Ma questi PCM hanno degli svantaggi: sono a base di carbonio, hanno una bassa densità energetica, sono costosi perché molti degli oli a base biologica sono utilizzati in settori competitivi come i mangimi per animali e hanno anche una sostenibilità discutibile. Se a ciò aggiungiamo il fatto, allarmante se mal gestito, che sono anche combustibili, Sunamp ha capito che il mercato aveva bisogno di alternative.
La soluzione che abbiamo trovato nei laboratori dell’Università di Edimburgo e, da allora, nelle strutture di ricerca e sviluppo di Sunamp è stata una gamma di sintesi di idrati di acqua e sale, con additivi innovativi che aiutano il PCM a fondere in modo pulito e uniforme e a solidificarsi con la giusta struttura cristallina.
Queste formulazioni di PCM brevettate costituiscono la spina dorsale della nostra piattaforma Plentigrade. I nostri PCM hanno un’invidiabile densità energetica, evitano componenti rari e costosi e sono sostenibili, i nostri sali sono sottoprodotti dell’industria chimica esistente o semplici prodotti chimici di base con diverse catene di approvvigionamento.
Siamo sicuri anche dal punto di vista della sicurezza e ambientale: ad esempio, Plentigrade P58 è un prodotto per uso alimentare. Non vi stiamo certo consigliando di mangiarlo, ma l’acetato di sodio triidrato, il suo ingrediente principale, è in realtà un aroma usato nelle patatine “salt and vinegar”. Non c’è alcun rischio di combustione e il PCM può anche essere riciclato in modo sicuro nel terreno, se necessario.
Tuttavia, ci vorranno molti decenni prima che si debba pensare al riciclaggio, poiché abbiamo sottoposto Plentigrade ai test più rigorosi che potessimo immaginare per dimostrare e comprovare la stabilità e la durabilità del prodotto. Ciò ha comportato l’utilizzo di strutture scientifiche all’avanguardia, come l’impianto per lo studio con le radiazioni di sincrotrone del Regno Unito, il Diamond Light Source, per sondare i nostri PCM con raggi X ad alta intensità durante il cambiamento di fase.
Questo ha dato a Sunamp la sicurezza e i dati (e una pubblicazione peer-review) per sapere come far durare un PCM a tempo indeterminato. Per dimostrarlo, abbiamo sfidato noi stessi a sottoporre Plentigrade P58 a 40.000 cicli di cambiamento di fase. Se si considera che una batteria termica media con Plentigrade PCM effettua due cicli di cambiamento di fase al giorno, si tratta di un certificato di buona salute, senza perdita di stabilità o deterioramento per oltre 50 anni. E il nostro Plentigrade P58 non ha subito un deterioramento significabile nemmeno dopo 40.000 cicli, dopo i quali abbiamo deciso che i test erano più che sufficienti!
Ma non ci stiamo adagiando sugli allori. Il PCM utilizzato nelle nostre batterie termiche, principalmente nella gamma Thermino per l’acqua calda sanitaria, da clienti residenziali, proprietari di case popolari e in edifici residenziali e commerciali anche negli Stati Uniti, è prevalentemente il Plentigrade P58. Stiamo inoltre sviluppando e testando una serie di altri prodotti Plentigrade con punti di fusione diversi per applicazioni diverse, come il raffreddamento, il recupero di calore di scarto a bassa temperatura e il recupero di calore industriale.
Se siete curiosi e volete altri dettagli sulle proprietà dei vari PCM Plentigrade, come le temperature dei PCM, l’energia in un intervallo di temperature operative e le densità, potreste trovare interessante questo diagramma riassuntivo
