Energia pulita usando l’anidride carbonica

L’energia solare è una grande fonte di energia rinnovabile, ma come molte cose nella vita, il tempismo è tutto. Il sole non splende nelle lunghe notti d’inverno quando le persone attivano le luci. D’altra parte, una soleggiata domenica pomeriggio può produrre un surplus di elettricità ampio che è difficile da immagazzinare.

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“Questa è la grande sfida”, dice Stephen Sanborn, ingegnere e ricercatore principale presso GE Global Research (GRC). “Abbiamo bisogno di mettere l’energia rinnovabile a disposizione della griglia quando è necessaria.”

Sanborn e il suo team hanno deciso di risolvere questo problema immagazzinando parte del calore generato dalle centrali solari termiche nell’anidride carbonica. Queste centrali concentrano i raggi solari con vasti campi di specchi e utilizzano il calore per generare vapore che fa girare una turbina. L’anidride carbonica funziona in modo efficace come una batteria in grado di liberare rapidamente energia durante i picchi di domanda.

L’ironia, naturalmente, è che la CO2 è il primo fattore che contribuisce ai cambiamenti climatici, e il motivo per cui il mondo sta passando alle energie rinnovabili.

Il lavoro fa parte di un partenariato di ricerca tra la GRC e il Dipartimento statunitense dell’Energia. Sanborn dice che la soluzione potrebbe rivoluzionare il settore dell’energia solare e anche rendere le centrali elettriche a gas naturale più efficienti.

Ecco come funziona. Il progetto ha due parti principali. Il primo raccoglie energia termica dal sole e la immagazzina in un liquido di sale fuso. “Questo è il lato caldo della soluzione”, dice Sanborn. L’altro componente utilizza l’energia elettrica in eccedenza dalla rete per raffreddare una piscina di CO2 liquida in modo che diventi ghiaccio secco.

Durante la generazione di energia, il sale rilascia il calore per espandere la CO2 fredda in un fluido supercritico, uno stato della materia in cui non ha più specifiche fasi liquida e gassosa. Questo consente agli ingegneri di rendere il sistema più efficiente.

Il fluido supercritico fluisce una turbina a CO2 innovativa chiamata “Sunrotor”, che si basa su un design di una turbina a vapore della GE. La turbina è in grado di generare fino a 100 megawatt di “elettricità veloce” per unità installata, abbastanza per alimentare 100.000 abitazioni.

Sanborn ritiene che una distribuzione su larga scala del progetto sarebbe in grado di immagazzinare “quantità significative” di potenza e consegnarla alla rete elettrica quando necessario. “Non stiamo parlando di tre batterie per auto qui,” dice. “Il risultato è un sistema di energia rinnovabile ad alto rendimento e ad alte prestazioni che riduce l’impiego di combustibili fossili per produrre energia.”

Il sistema può essere facilmente collegato ad un sistema di energia solare o ad una tipica turbina a gas. I serbatoi e generatori potrebbero stare su un rimorchio. Il suo obiettivo è quello di portare il costo a 100 dollari per megawatt-ora, molto meno dei 250 dollari attuali per produrre la stessa quantità in una centrale elettrica a gas. “E’ così a buon mercato perché non si sta producendo l’energia, si sta prendendo l’energia dal sole o lo scarico della turbina, immagazzinandola e trasferendola”, dice Sanborn.

Il processo è anche altamente efficiente, dice Sanborn, producendo fino al 68 per cento dell’energia immagazzinata nella rete elettrica. Le centrali a gas più efficienti producono il 61 per cento.

Il team sta ora creando un design concettuale, che Sanborn ritiene possa prendere tra i cinque e i dieci anni per arrivare sul mercato.

GE è anche alla ricerca di altre applicazioni commerciali che potrebbero essere messe a disposizione prima. Una di queste utilizza il calore di scarico da un generatore di gas naturale. Sanborn dice che la soluzione potrebbe rendere le centrali elettriche a gas dal 25 al 50 per cento più efficienti. Questo, dice, sarebbe un importante beneficio ambientale, perché si ridurrebbero in modo significativo le emissioni di CO2 per kW ora di energia elettrica prodotta da impianti alimentati a gas.

Sanborn ha incluso nel suo team esperti di turbine, ingegneri termici che capiscono di refrigerazione, scienziati di scambio termico, ingegneri chimici che sanno come si comportano le emissioni di CO2 e gli esperti di stoccaggio dell’energia. “Chiediamo tutto questo sapere che abbiamo a portata di mano il GE Store,” dice. “Sarebbe molto difficile per me fare tutto ciò che questa ricerca richiede senza quella profonda esperienza di persone disponibili presso GE.”