Ilaria Rosella Pagliaro Sviluppati nell'Età del Bronzo e utilizzati per rivestire forni primitivi, i mattoni refrattari potrebbero ora svolgere un ruolo cruciale nella transizione energetica
@McKay Savage – Wikimedia Commons
I mattoni refrattari, capaci di resistere e immagazzinare alte temperature senza danneggiarsi, sono stati sviluppati durante l’Età del Bronzo. Originariamente utilizzati per rivestire forni primitivi scavati nel terreno, oggi potrebbero giocare un ruolo cruciale nella nostra transizione verso energie rinnovabili.
Questi mattoni sono costituiti da materiali specifici come allumina, silice e magnesia, che conferiscono loro alta densità e punti di fusione elevati. Questa caratteristica li rende ideali per immagazzinare il calore generato dall’eccesso di elettricità rinnovabile.
Mattoni refrattari o batterie?
Sebbene a prima vista i mattoni refrattari sembrino costosi rispetto ai mattoni comuni, in realtà offrono un notevole vantaggio economico. Sono eccellenti nell’immagazzinare calore e risultano significativamente più economici delle batterie, come spiegato da Mark Z. Jacobson, professore di ingegneria civile e ambientale presso la Stanford Doerr School of Sustainability and School of Engineering:
La differenza tra l’accumulo di calore nei mattoni refrattari e l’accumulo di energia nelle batterie è che i mattoni immagazzinano calore anziché elettricità e costano un decimo rispetto alle batterie,” ha dichiarato. “I materiali sono molto più semplici, essenzialmente composti di terra.
I processi industriali che richiedono calore ad alta temperatura sono responsabili di circa il 17% delle emissioni globali di anidride carbonica. Questi includono la produzione di cemento, acciaio, vetro e sostanze chimiche. I metodi tradizionali per fornire calore a questi processi coinvolgono la combustione di combustibili fossili, che sono sia carbon-intensive che costosi.
Utilizzando l’elettricità rinnovabile per generare calore e immagazzinarlo nei mattoni refrattari si presenta come un’alternativa sostenibile ed economica, come hanno calcolato i ricercatori. Il costo per kilowatt-ora termico (kWh-th) di un sistema di stoccaggio con mattoni refrattari è inferiore a un decimo del costo di un sistema di stoccaggio a batterie per kilowatt-ora elettrico (kWh-e). Questa efficienza nei costi rende i mattoni refrattari uno strumento promettente per la transizione verso un’energia 100% rinnovabile.
Jacobson e il suo team hanno calcolato l’impatto dell’uso di questi mattoni per lo stoccaggio del calore nei processi industriali, in uno scenario di utilizzo al 100% di energia rinnovabile. Essenzialmente, i mattoni refrattari potrebbero fungere da “batterie” per questo calore, che può poi essere utilizzato su richiesta per vari processi industriali. I mattoni sono disposti in schemi che permettono il flusso d’aria attraverso di essi, emettendo radiazioni infrarosse direttamente o riscaldando l’aria utilizzata nelle applicazioni industriali.
Il co-autore Daniel Sambor, ricercatore post-dottorato in ingegneria civile e ambientale, ha dichiarato:
Conservando l’energia nella forma più vicina al suo utilizzo finale, si riducono le inefficienze nella conversione dell’energia. Spesso si dice nel nostro campo che “se vuoi docce calde, conserva acqua calda, e se vuoi bevande fredde, conserva ghiaccio”; così questo studio si può riassumere con “se hai bisogno di calore per l’industria, conservalo nei mattoni refrattari”.
Pro e contro
Il principale vantaggio dei mattoni refrattari rispetto alle batterie tradizionali è il costo. Mentre le batterie sono efficaci per l’accumulo di energia a breve termine, sono significativamente più costose per unità di energia immagazzinata rispetto ai mattoni refrattari. Inoltre, le batterie hanno fattori di capacità inferiori, il che significa che non sono utilizzate con la stessa efficienza dei mattoni refrattari per lo stoccaggio a lungo termine.
I mattoni refrattari offrono anche una maggiore flessibilità. Possono immagazzinare calore per periodi prolungati, rendendoli ideali per le industrie che richiedono un apporto continuo di calore. Questa flessibilità aiuta a stabilizzare la variabilità delle fonti di energia rinnovabile come il vento e il sole, che possono fluttuare in base alle condizioni meteorologiche.
Tuttavia, ci sono alcune sfide da affrontare. In primo luogo, c’è l’incertezza nel tasso di perdita di calore giornaliero dei mattoni refrattari. Le stime attuali suggeriscono un tasso di perdita di circa l’1% al giorno, ma sono necessarie ulteriori ricerche per ottimizzare l’isolamento e minimizzare le perdite. Inoltre, lo studio ha ipotizzato che praticamente tutta l’energia nel mondo sia rinnovabile, cosa che non è ancora realtà.
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Fonte: PNAS Nexus
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