Temperature super-fresche per i processi industriali grazie al calore solare
I sistemi che impiegano l’energia solare a concentrazione (CSP, Concentrated Solar Power) concentrano la luce solare su un ricevitore in cui l’energia raccolta dal sole è trasformata in calore. Tra tutte le tecnologie CSP disponibili, HyCool sta elaborando il suo personale concetto basato su un sistema lineare Fresnel a basso costo e di facile installazione. Questo sistema consiste in una moltitudine di semplici specchi disposti in file parallele che simulano una grande lente Fresnel per aumentare al massimo la raccolta di energia.
Un ibrido: la pompa dotata di sinergia
La primissima missione del progetto HyCool, finanziato dall’UE, è quella di incrementare l’impiego del calore solare nei processi industriali. «Abbiamo realizzato un nuovo sistema composto da collettori eliotermici Fresnel CSP corredato da pompe di calore ibride personalizzate», spiega Silvia Jané, coordinatrice del progetto HyCool. «Questa combinazione “due in uno” caratterizzata da pompe di calore basate su adsorbimento e compressione si traduce in una gamma più ampia di temperature di erogazione, permettendo in questo modo sia il riscaldamento che il raffreddamento industriale alimentato dal sole», spiega Jané. Aumentando il grado di flessibilità della configurazione del sistema, l’obiettivo è estendere il campo di applicazione del calore solare nei processi industriali con temperature comprese tra i 5 °C e 240 °C. «Grazie all’incorporazione di una vasta gamma di configurazioni di progettazione e funzionamento, abbiamo allargato il ventaglio di scenari d’uso del calore solare ai contesti industriali», evidenzia Jané. Il sistema proposto migliora le tecnologie di adsorbimento per il raffreddamento associato a dimensioni ridotte e funzionalità plug-and-play. Inoltre, il sistema offre un’integrazione senza soluzione di continuità con altre fonti tradizionali, quali l’energia elettrica, permettendo un maggiore sfruttamento del calore solare nei processi industriali. Peraltro, quando le pompe di calore ibride sviluppate dal progetto HyCool sono comandate dal calore solare o residuo e sono incorporate in processi termici industriali reali, sono in grado di raggiungere il doppio del coefficiente di prestazione delle pompe di calore tradizionali e migliorare ulteriormente il livello complessivo di efficienza dei processi. L’ottimizzazione dei componenti e la progettazione finale della pompa di calore ibrida solare modulare su scala reale nonché la sua fabbricazione e messa in servizio sono state completate. È stato inoltre elaborato un protocollo di caratterizzazione per le proprietà dei vari materiali di adsorbimento, quali: diffusività termica, capacità termica, comportamento di adsorbimento, proprietà di trasporto del vapore e il calore di adsorbimento a temperature e pressioni differenti. Tutto ciò condurrà a una fase di collaudo approfondito dei materiali per selezionare il migliore candidato per l’applicazione in scenari reali.
Campioni energetici nel settore industriale e alimentare
«La sfida più grande per il progetto HyCool è stata quella di approdare a una configurazione valida per i due progetti pilota sulla base della prima progettazione della pompa di calore modulare e dello schema idraulico, tenendo inoltre conto dei requisiti di ogni sito di prova», commenta Jané. Questo passo fondamentale è stato ora compiuto e il lavoro sul campo ha permesso di avere una panoramica completa dei profili energetici. Presso il sito di produzione spagnolo del partner del consorzio Givaudan, un’azienda che produce aromi e profumi, il concetto HyCool è stato applicato a diversi processi con esigenze di riscaldamento o raffreddamento. L’impianto di raffreddamento attualmente in uso presso Givaudan è un refrigeratore di acqua glicolata che mantiene a 7 °C la temperatura dell’acqua introdotta nell’anello liquido delle pompe del vuoto, con un fabbisogno termico di 125,5 kW. «In merito ai casi d’uso presi in esame, il consumo elettrico del refrigeratore a compressione si ridurrà rispettivamente del 29 % (primavera) e del 44 % (estate) utilizzando la tecnologia HyCool», afferma Jané. Questo miglioramento nel livello dell’efficienza si dimostra persino superiore se paragonato ai sistemi di refrigerazione comuni. Un altro prototipo applica invece il concetto di HyCool a piccole industrie alimentari specializzate con esigenze di refrigerazione nei loro processi e sarà collaudato presso l’azienda Bo de Debò SL, in Spagna. In questo caso, l’impianto di raffreddamento industriale è necessario per la preparazione di piatti freschi precotti ed è utilizzato in diverse configurazioni: la zona di produzione alimentare a 6-8 °C e la zona di consegna che deve essere mantenuta a 10-12 °C. HyCool è pronto a cambiare radicalmente l’uso del calore solare nel settore industriale europeo, proprio come farà il progetto SHIP2FAIR, finanziato dall’UE, sostanzialmente un progetto «gemello» di HyCool, che dovrebbe concludersi a marzo 2022. I loro sviluppi si concentrano in particolare sulle esigenze di riscaldamento dell’industria alimentare e agroalimentare e saranno dimostrati e convalidati in una varietà di processi, tra cui la distillazione di alcolici (Martini & Rossi), la trasformazione della carne (Larnaudie), la bollitura dello zucchero (gruppo RAR) e la fermentazione e stabilizzazione del vino (RODA). Lo scopo è far sì che il 40 % del fabbisogno del calore sia fornito dall’energia solare.
Parole chiave
HyCool, calore solare, processi industriali, raffreddamento, CSP, riscaldamento, solare a concentrazione, pompa di calore ibrida
