L’energia solare a concentrazione rappresenta una delle soluzioni più promettenti per ridurre l’uso dei combustibili fossili e la dipendenza da fonti energetiche non rinnovabili delle industrie. Il calore rappresenta circa il 45% delle emissioni legate all’energia e più del 50% del consumo globale di energia di tutti i settori. Le applicazioni industriali rappresentano la quota maggiore del consumo di calore, pari al 40% della domanda totale di calore, e circa il 70% di questa domanda è soddisfatta da fonti fossili (Fonte: NET-Zero Heat, LDES-McKINSEY, 2022). La tecnologia STEM-CST – Solar Thermo Electric Magaldi risponde alle esigenze di decarbonizzazione del settore industriale grazie ad avanzati sistemi di conversione della radiazione solare in energia termica, integrati a soluzioni di energy storage per rilasciare l’energia all’occorrenza anche in assenza della fonte solare.
Sistemi per la decarbonizzazione delle industrie
La tecnologia Magaldi STEM-CST, sviluppata e brevettata a livello internazionale dal Gruppo Magaldi, può rappresentare un’alternativa affidabile ed ecosostenibile per la generazione di energia pulita, nel rispetto delle più stringenti normative ambientali. Il sistema STEM-CST è, infatti, in grado di rilasciare energia termica in un opportuno range di temperature, alle condizioni di processo richieste dalle industrie energivore (carta, food & beverage, chimica, plastica), ad oggi ancora fortemente dipendenti dal gas per la produzione di calore. Nel sistema Magaldi, a differenza di altre tecnologie, il ricevitore solare, lo scambiatore di calore e il sistema di accumulo termico sono integrati tutti all’interno di un unico dispositivo.
STEM-CST: sole e sabbia per produrre “calore verde”
Il sistema Magaldi STEM-CST è costituito da un campo specchi primari (eliostati) e da un riflettore secondario (beam-down), collocato al sopra di un ricevitore solare, posizionato a terra, che funge da batteria di accumulo termico.
Il campo specchi capta l’energia solare, la riflette sullo specchio secondario che la concentra, a sua volta, nel ricevitore solare, all’interno del quale è presente un letto fluidizzato, costituto da particelle di sabbia come mezzo di accumulo termico. Grazie alle notevoli capacità di assorbimento dell’energia, il letto fluidizzato può essere riscaldato omogeneamente fino a temperature di 600°C ed è in grado di rilasciare vapore, attraverso scambiatori immersi nella sabbia, in range di temperatura e pressione variabile (250 – 500°C e 10 – 40 bar). Tali caratteristiche rendono questo vapore ampiamente utilizzabile nei processi industriali, consentendo pertanto ai settori energivori di svincolarsi dall’utilizzo di fonti di natura fossile, nell’ottica degli obiettivi di decarbonizzazione Net-Zero.
Particelle solide vs sali fusi: temperature più elevate e materie prime più accessibili
Generalmente, le tecnologie del solare a concentrazione con accumulo termico utilizzano come mezzo di stoccaggio dell’energia i sali fusi. Magaldi prevede come mezzo di accumulo termico particelle solide granulari, come la sabbia, materiale economico e facilmente reperibile, che permette di ottenere diversi vantaggi. La sabbia può, infatti, lavorare sia a temperature inferiori a quelle dei sali fusi, soggetti a congelamento, sia raggiungere temperature più elevate. Il punto di fusione della sabbia silicea è, infatti, maggiore di 1.200°C, mantenendo, pertanto, le sue caratteristiche termofisiche. In particolare, le temperature più elevate consentono una maggiore capacità di utilizzo nel settore industriale. Inoltre, in uno scenario internazionale in cui il dibattito sul reperimento dei materiali critici per la transizione energetica è particolarmente centrale, la sabbia si colloca come un’opportunità funzionale e conveniente.
Il percorso di ricerca del team Magaldi
Il primo modulo sperimentale del sistema STEM-CST è stato realizzato e avviato a partire da giugno 2016, presso il presso il Polo Energetico Integrato di A2A Energie Future a San Filippo del Mela, in provincia di Messina (Sicilia). L’impianto sperimentale ha permesso di testare “sul campo”, con circa 12.000 ore di corretto funzionamento, la capacità del letto fluidizzato di immagazzinare e rilasciare energia sotto forma di vapore.
I risultati degli ultimi test sperimentali sono recentemente stati presentati nel corso del SolarPACES 2023, evento leader mondiale per l’innovazione nel settore dell’energia solare a concentrazione, a Sydney in Australia.
Frutto di un medesimo percorso di ricerca avviato circa 15 anni dal Gruppo Magaldi, in parallelo a STEM-CST è stata sviluppata anche una nuova tecnologia MGTES – Magaldi Green Thermal Energy Storage – basata su un letto fluidizzato di sabbia, alimentato con carica elettrica, per la possibile integrazione con fonti energetiche rinnovabili alternative (PV e/o eolico), a supporto del settore industriale. La tecnologia MGTES è coperta da brevetto europeo e mondiale. L’impianto ha una vita utile di 30 anni ed è a impatto zero, perché si compone esclusivamente di materiali 100% riutilizzabili come sabbia silicea e acciaio. Nel marzo del 2023 Enel-X e il Gruppo Magaldi hanno avviato una collaborazione per la sperimentazione della tecnologia MGTES, per produrre vapore ad alta temperatura per l’ azienda la I-Gi di Buccino, produttrice di olii vegetali e fornitrice del gruppo dolciario Ferrero di Alba.