Energia solare al forno

Ricordate quando a scuola si usava il quadrante dell’orologio per riflettere la luce solare che entrava dalla finestra?

Un sistema molto simile potrebbe diventare la nuova frontiera di sviluppo dell’energia solare. In Europa abbiamo già il forno solare più potente al mondo, che si trova a Odeillo (Francia) che ha una potenza di 1MW, l’altro è quello di Tashkent in Uzbekistan.

In questo laboratorio all’avanguardia, situato nella zona dei Pirenei Orientali, si studiano i fenomeni che avvengono ad altissime temperature e i comportamenti dei materiali sottoposti ad ambienti estremi attraverso lo sfruttamento dell'irradiazione solare. Il luogo è stato scelto per le sue caratteristiche climatiche (l'insolazione supera le 3000 ore all'anno) e la purezza della sua atmosfera.

Il principio generale sul quale si basa il funzionamento della fornace è il concentramento dei raggi solari attraverso degli specchi. La fornace di Odeillo, infatti, è posizionata di fronte a una collina sulla quale 63 eliostati indirizzano la luce solare verso una parabola anch'essa specchiata, convergendola verso la sommità della torre centrale.

Ma la familiarità con i forni solari di questo tratto della Francia non è nuova. Il primo, considerato il precursore di questa tecnologia, fu infatti costruito nel 1949 a Mont-Louis. Oggi attrazione turistica, lo si può visitare per comprendere il funzionamento di questa tecnologia, utilizzata anche per cucinare.

In commercio, infatti, si trovano forni solari di diverso tipo, quelli portatili da campeggio per esempio, sono abbastanza diffusi.

La storia di Mont Louis ci riporta a Felix Trombe (1906-1985) laureato in chimica industriale con una tesi sui metalli rari, che decide di approfondire le conoscenze sul comportamento dei metalli ad alta temperatura. Nasce così il primo forno solare della potenza di 50 chilowatt. La radiazione solare concentrata con un grande specchio parabolico, azionato da un meccanismo, permette di seguire il Sole nel suo moto apparente nel cielo, consentendo di raggiungere temperature altissime, grazie alle quali è stato possibile osservare i cambiamenti e le proprietà di metalli e di materiali privi delle contaminazioni tipiche dei forni tradizionali e con gradi di riscaldamento più bassi.

È grazie ai successi ottenuti dal primo forno solare, che le autorità sono state indotte a finanziare la costruzione del secondo forno dalla potenza di 1000 chilowatt a Odeillo.
Siamo negli anni ’80, caratterizzati dalla prima crisi energetica del precedente secolo, la società francese dell’energia decide di abbinare al forno solare una centrale termoelettrica. Una parabola specchiata che concentra i raggi del Sole in un punto specifico denominato “fuoco” raggiunge una temperatura di circa 550 °C. Per il “fuoco” passa un tubo ricevitore all’interno del quale scorre un fluido capace di immagazzinare calore che successivamente si trasferisce (mediante uno scambiatore) in una struttura capace di generare vapore industriale o di far girare una turbina e produrre energia elettrica.

Il lavoro di Trombe ritorna continuamente d’attualità; all’epoca quest’uomo è una affermata celebrità nel campo dell’energia solare, intuendone già da allora l’importanza che avrebbe avuto per i paesi industrializzati e quelli emergenti.

Eccezionalmente previgente, lo scienziato divenne famoso anche per il muro di Trombe che ancora oggi permette il riscaldamento degli edifici con metodo solare passivo. La sua passione per l’energia solare lo ha portato alla progettazione di distillatori solari di acqua marina per fornire acqua dolce ai paesi aridi, essiccatoi solari per le derrate alimentati deperibili e frigoriferi solari. Purtroppo, Trombe, venuto a mancare nel 1985, non è stato testimone della ripresa d’interesse per l’energia solare, sollecitata dalle nuove crisi energetiche e dalla maggior consapevolezza dei cambiamenti climatici in atto.  

Intanto la Francia, attraverso la costruzione del forno solare di Odeillo, non solo lo ricorda ma lo celebra con un centro di informazione per il pubblico che nel 2006 è diventato il centro Elio-odissea con lo scopo di diffondere, specialmente fra gli studenti, le conoscenze sulle energie rinnovabili e sul Sole (percorso formativo che sarebbe auspicabile anche in Italia, soprattutto per essere in linea con gli obiettivi di sostenibilità dell’ONU). 

Il cammino dell’energia solare è tuttavia ancora in salita rispetto all’utilizzo che se ne fa su larga scala. Oggi il principale limite all’applicazione estensiva delle parabole a concentrazione solare sta nella sua fonte primaria. Il Sole splende solo durante la giornata e con intensità variabile e intermittente a seconda delle condizioni meteo, della latitudine e del periodo dell’anno.

Di conseguenza, un sistema basato sulla concentrazione del calore solare è direttamente influenzato da tali variabili. Non solo, il fluido che scorre all’interno del tubo ricevitore, generalmente un sale fuso, ha bisogno di temperature molto elevate (circa 270 °C) per poter continuare a scorrere nel circuito. Al di sotto di questa soglia, il sale diventa troppo viscoso per fluire liberamente e, addirittura, se scende sotto i 250 °C si solidifica, trasformandosi in blocchi a consistenza ceramica. In questo caso, l’impianto diventa inservibile. Va da sé che di notte o in periodi di condizioni metereologiche sfavorevoli, gli impianti a concentrazione solare non riescono a lavorare come dovrebbero e, anzi, necessitano di energia per mantenere a temperatura i fluidi termovettori.

La principale sfida nelle ricerche sulle parabole a concentrazione consiste quindi nell’abbattere i consumi durante i periodi di inattività. Nel Centro Ricerche per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente di Novara di Eni, si è scelto di raccogliere questa sfida partendo da quattro parametri fondamentali. Il primo è, ovviamente, lo specchio, per il quale si è scelta una speciale pellicola in PET e argento molto più pratica ed economica degli specchi tradizionali in vetro. In secondo luogo, per rendere più efficiente il tubo ricevitore è stato realizzato un nuovo circuito in multistrati di acciaio e ceramica con proprietà termiche ottimizzate: assorbanza del 95% ed emissività del 7% a 550 °C. Poi c’è il contenuto: si è adottata una miscela di sali fusi che solidifica a temperature molto più basse rispetto a quelle dei sali tradizionali, tra i 100 e i 150 °C, ciò garantisce una forbice di inattività molto meno stretta dei 250 °C usuali. In ultimo, considerando le applicazioni industriali e la commercializzazione di tali impianti, si è scelto di adottare le soluzioni possibili più semplici, in modo da poter commissionare realizzazione e assemblaggio degli impianti a maestranze locali di tutti i Paesi in cui il gruppo italiano opera, anche lontano dai grandi complessi produttivi.

Queste innovazioni tecnologiche hanno complessivamente abbattuto il costo delle parabole a concentrazione solare rendendo tale segmento molto interessante per le prossime sperimentazioni su scala industriale e commerciale. Inoltre, nell’ottica della decarbonizzazione e del progressivo passaggio alle fonti di energia rinnovabile, quella solare è tra quelle aventi più potenzialità e meritevole di maggiore attenzione.

Ed è per questo motivo che Eni ha deciso di sperimentare questa tecnologia nell’impianto di Gela, il più grande della Sicilia.

Per la diffusione dell’energia solare, l’Unione Europea ha adottato misure significative per aumentare la diffusione del mercato e rendere le tecnologie solari più accessibili ai consumatori, in particolare attraverso il pacchetto Energia pulita. L'energia solare potrà così accelerare il passo e diventare una delle tecnologie più economiche per la produzione di elettricità in tutto il mondo. Tra il 2009 e il 2018, i costi di produzione sono diminuiti del 75% mentre il mercato ha continuato ad espandersi.

Per quanto riguarda l’Italia va considerato che gli enti locali sono un soggetto chiave nella transizione energetica, non solo per la proprietà di numerosi edifici con un notevole potenziale di efficientamento energetico, ma per il ruolo fondamentale di attivatori dei territori al fine di stimolare iniziative che portino a un maggiore e migliore utilizzo delle risorse rinnovabili.

Le associazioni di categorie e in particolare Italia Solare e ATER hanno chiesto al premier Giuseppe Conte, di sostenere gli investimenti nelle rinnovabili, nel fotovoltaico prima di tutto, perché si reputa necessario rinnovare il comparto, andando dai classici pannelli fotovoltaici con celle al silicio verso i nuovissimi pannelli stampati OPV. 

Tutti ricordiamo la storia di Archimede che stupì il mondo antico costruendo degli specchi giganti per incendiare le navi dei Romani che assediavano Siracusa. Il principio di base è più o meno lo stesso, la costruzione della parabola riflettente inizia proprio con l’utilizzo degli scudi di bronzo levigati del grande scienziato.

Il Sole, di cui tutti godiamo i benefici, è l’elemento che fin dall’antichità rappresenta simbolicamente il fuoco, l’energia, avvolto tuttavia ancora da misteri fino ad ora insondabili, vista l’incapacità di avvicinarsi ad esso. Una sfida per la conoscenza che vede impegnate NASA e Agenzia Spaziale Europea, in due progetti destinati a produrre informazioni preziose sui fenomeni che governano questa stella: il Parker Solar Probe, lanciato nell’agosto 2018 e il Solar Orbiter, lanciato 10 febbraio scorso. Entrambi saranno in grado di ridefinire le nostre conoscenze sul funzionamento di questa incommensurabile fonte energetica.