La forza dell'innovazione

Attraverso la partecipazione al progetto Nextower,finanziato dall'UE, Kanthal e Sandvik Materials Technology sono stati in grado di creare materiali e componenti innovativi che ora sono utilizzati nello sviluppo della prossima generazione di sistemi a torre alimentati da energia solare concentrata (CSP).

Oggi, il metodo più comune per raccogliere l'energia solare è il fotovoltaico (PV), che utilizza le celle solari per convertire la luce solare direttamente in energia elettrica. Una torre CSP, invece, utilizza specchi e lenti per concentrare la luce solare verso un ricevitore solare, che viene quindi utilizzato per generare e immagazzinare calore ad alta temperatura attraverso un fluido termovettore. Questo calore può quindi essere utilizzato immediatamente per produrre elettricità attraverso un generatore di vapore o una turbina a gas ibrida o per fornire calore di processo all'industria. E' utile sapere che questo calore può anche essere immagazzinato per essere utilizzato, a richiesta, successivamente.

Antonio Rinaldi, ENEA and Coordinator of Nextower.“Un sistema CSP è molto complesso perché è un impianto vero e proprio e non un semplice pannello”, spiega Antonio Rinaldi, ENEA e Coordinatore Nextower. "Il problema con l'energia solare è che è intermittente e c'è bisogno del sole. Allo stesso modo in cui il fotovoltaico utilizza le batterie, il CSP richiede moduli di accumulo per il calore ad alta temperatura. Con un sistema CSP, puoi caricare energia durante il giorno e scaricarla durante la notte".

Lo scopo del progetto Nextower è quello di sviluppare nuovi materiali e componenti che siano commercialmente validi e possano migliorare le prestazioni dei sistemi CSP, aumentando la temperatura del calore accumulato dall'attuale livello di 550°C fino a 750°C. Insieme a 19 partecipanti provenienti da tutta Europa, tra cui Kanthal e Sandvik, il progetto ha costruito due impianti dimostrativi: uno per i ricevitori ceramici, attualmente in fase di test in Spagna; e uno per l'accumulo di energia (denominato SOLEAD), attualmente in fase di sperimentazione in Italia. Kanthal e Sandvik stanno contribuendo a quest'ultimo.

The main vessel installed for testing at the ENEA facility in Brasimone, ItalyIl principale contributo di Kanthal è stato lo sviluppo di un nuovo materiale in lega che potrebbe consentire l'uso del piombo fuso come fluido di accumulo di calore. Normalmente verrebbe utilizzato il sale fuso per questo scopo, tuttavia non può sopportare temperature superiori a 550 °C e l'impianto dimostrativo di Nextower ha bisogno che il fluido termovettore funzioni a oltre 800 °C per alimentare applicazioni come turbine a gas o trattare il calore per le industrie.

Negli ultimi dieci anni, prima del progetto Nextower, Kanthal aveva tentato di riprogettare la composizione di una delle sue leghe attuali in modo che non diventasse fragile a temperature operative inferiori mantenendo le stesse proprietà di resistenza alla corrosione. Si basa sulla lega resistiva da riscado ferro-cromo-alluminio (FeCrAl), lega originale di Kanthal, scoperta 90 anni fa e su cui l'azienda è stata creata. Lo scopo era creare una nuova lega per applicazioni energetiche in cui gli ambienti altamente corrosivi rappresentavano un problema.

"In Kanthal, siamo sempre aperti a testare nuove cose e vedere come i nostri materiali possono essere utilizzati e modificati per nuove opportunità", afferma Jesper Ejenstam, Senior R&D Engineer di Kanthal, che è venuto a conoscenza di Nextower per la prima volta grazie alla sua associazione con il KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma – un altro istituto che partecipa al progetto.Jesper Ejenstam, Senior R&D Engineer at Kanthal

Poiché le applicazioni del solare termico sono una delle potenziali aree per la sua nuova lega, Nextower ha presentato a Kanthal un'opportunità unica. "A quel tempo, avevamo solo dimostrato che questo materiale funziona bene in laboratorio", aggiunge Ejenstam. "Il passo successivo è stato produrlo su scala industriale. Questa operazione ci ha dato l'opportunità di produrlo, creare componenti con questo materiale e poi mostrarli. È stata anche un'altra occasione per dimostrare che siamo seriamente intenzionati a far parte della rivoluzione della sostenibilità".

Il passo successivo è stato quindi utilizzare la nuova lega per sviluppare un tubo composto da due diverse leghe per gli scambiatori di calore dell'impianto, in modo che potesse far fronte sia all'ambiente corrosivo del piombo fuso che alla pressione interna del sistema. Per eventuali necessità Kanthal potrebbe anche rivolgersi alla divisione tubi di Sandvik.

Andreas Hedlund, Process Engineer at Sandvik, Tube division."Si trattava di qualcosa che non avevamo mai prodotto prima", afferma Andreas Hedlund, ingegnere di processo presso Sandvik, divisione Tubi. "Non solo perché si trattava di un tipo di lega completamente nuovo, ma anche perché prevedeva una nuova combinazione di due leghe diverse in un tubo e in una dimensione molto più piccola di quella che normalmente produciamo. Ma ce l'abbiamo fatta e il risultato finale è anche migliore di quanto sperassi".

Anche se è ancora troppo presto per conoscere l'esito finale del progetto Nextower, per molti versi questa è già stata un impegno di successo. "Abbiamo dimostrato che la produzione dei materiali necessari è possibile e questo è un passaggio fondamentale", afferma Ejenstam. "E abbiamo anche dimostrato la vasta abilità e conoscenza che abbiamo all'interno dell'azienda. Siamo disposti a testare i limiti della tecnologia e quindi a fare il possibile per trovare soluzioni per portare a termine il compito. Non solo internamente, ma anche esternamente con i nostri partner e clienti".

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Il progetto Nextower era iniziato nel 2017 e riceve il finanziamento dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione europea nell'ambito della convenzione di finanziamento n. 721045.