Il reattore solare CONTISOL per effettuare reazioni termochimiche ad altissima temperatura può essere una delle soluzioni per un futuro all’idrogeno da energia pulita. Gli scienziati del Centro aerospaziale tedesco a Julich (DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt), in collaborazione con il laboratorio di tecnologia di CPERI / CERTH (Grecia), hanno sperimentato vari tipi di reattori che utilizzano speciali specchi che concentrano l’energia solare su un ricevitore tecnologicamente innovativo. Questi reattori consentono reazioni termochimiche che richiedono temperature fino a 1.500 °C e possono essere utilizzati per produrre idrogeno e quindi energia elettrica in modo più efficiente rispetto al fotovoltaico o eolico. Il sistema è stato realizzato in modo da superare lo svantaggio del sole che tramonta di notte. Justin Lapp, ex DLR, ora professore associato di Ingegneria meccanica presso l’Università del Maine, ha spiegato l’idea principale di CONTISOL. Consiste in due reattori che funzionano insieme. Uno in cui la luce solare effettua le reazioni termochimiche. L’altro che immagazzina energia quando la temperatura scende di notte perché se il reattore si spegnesse occorrerebbe ricominciare le reazioni termochimiche solo la mattina successiva. Invece i due rettori accoppiati assicurano il funzionamento H24.
I reattori solari CONTISOL non hanno bisogno di una turbina meccanica e di un generatore di energia per produrre elettricità da vapore. Consistono solamente di una torre, di un campo solare (di specchi eliostatici), di un ricevitore e della camera per le reazioni termochimiche. A questo si accoppia un sistema di accumulo basato sul calore trasmesso ad uno scambiatore di calore dall’aria (o da altro gas ottenuto dalla termo-reazione come per esempio l’idrogeno per le reazioni termochimiche di scissione dell’acqua).
Il reattore solare CONTISOL può infatti produrre idrogeno come segue: gli specchi del sistema riflettono la luce solare nel ricevitore e scaldano aria in due serie di piccole camere di riscaldamento. L’aria riscaldata ad altissima temperatura viene inviata in parte verso una camera per la reazione termochimica di scissione diretta del vapore d’acqua in idrogeno ed ossigeno (non si tratta di elettrolisi di acqua allo stato liquido ma di reazione termochimica del vapore). CONTISOL raggiunge temperature sopra i 1.100 °C e per produrre idrogeno da solare a concentrazione con zero emissioni. Il sistema non dipendente solo dalla luce diurna grazie all’accumulo di calore ad altissima temperatura (mediante una parte dell’idrogeno ad altissima temperatura prodotto o, per altri tipi di reazioni termochimiche, aria caldissima). L’energia solare concentrata viene quindi usata per rompere i legami dell’acqua producendo idrogeno con altissima efficienza. Il ricevitore, i condotti ed i sistemi di accumulo del calore sono stati ottimizzati sia sotto il profilo del design che di quello dei materiali. Il ricevitore d’aria è costituito da un monolito centrale estruso, in pratica un grande cilindro con molti canali rettangolari più piccoli. Questi canali sono aperti sul davanti per consentire alla luce solare concentrata dagli specchi (opportunamente orientati) di riscaldare l’aria ad altissima temperatura che entra nel cilindro monolitico per la reazione termochimica di scissione che avviene al suo interno. Perché viene utilizzata l’aria come mezzo del primo trasferimento del calore ottenuto dal sole grazie alla concentrazione ? I vantaggi dell’aria sono: non è corrosiva, non deve essere contenuta in un circuito chiuso e se ne ha enorme disponibilità in natura. Si può infatti ottenere aria semplicemente dall’atmosfera e, dopo il riscaldamento ad altissima temperatura, sfruttarla per le reazioni i termochimiche di scissione per poi farla passare attraverso uno scambiatore di calore per l’accumulo notturno di calore ed infine espellerla fresca. Se si usano altri fluidi diversi dall’aria per il trasferimento di calore, occorre che il sistema sia sigillato ovunque perché se si disperde occorre ricomprarlo. Poi, a differenza degli altri fluidi usualmente impiegati per il trasferimento del calore (che possono cambiare la loro struttura molecolare alle altissime temperature), l’aria rimane sempre stabile, anche in quelle condizioni estreme. Infatti la scissione termochimica dell’acqua in idrogeno ed ossigeno non viene effettuata alla temperatura in cui l’acqua è liquida, ma dopo che è entrata nel reattore allo stato di vapore ad alta temperatura. Quindi nel reattore non ci sono i problemi meccanici dovuti alle espansioni dell’acqua dalla fase liquida a quella vapore. Questo rende molto più semplice progettare il ricevitore del sistema CONTISOL. Il prototipo di reattore CONTISOL utilizza come materiale costruttivo il carburo di silicio per realizzazione del ricevitore multicanale che è il fulcro del sistema. Però il carburo di silicio è un po’ difficile da lavorare meccanicamente e si stanno studiando altri materiali. Il prototipo di reattore CONTISOL è stato testato a Colonia, in Germania e funziona con successo a 850 °C su scala di laboratorio (5KW). Le taglie commerciali dei futuri impianti andranno da una potenza di 1-5 MW fino a oltre 100 MW.
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