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Solare CSP, la svolta “di Bill Gates” e gli ostacoli che restano

Software ottici e visione artificiale per raddoppiare le temperature: un approfondimento sul nuovo solare a concentrazione di Heliogen.

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Heliogen, una società statunitense attiva nel campo del solare a concentrazione, ha comunicato la settimana scorsa di aver messo a punto in via sperimentale un campo di specchi capace di generare temperature superiori a 1.000 °C, all’incirca un quinto di ciò che si potrebbe trovare sulla superficie del sole e la notizia ha avuto una grande eco anche perché la start up è sostenuta da Bill Gates.

Tali temperature potrebbero trovare applicazioni industriali in settori come quelli del cemento e dell’acciaio, che hanno bisogno di far raggiungere ai materiali livelli di calore finora non alla portata di questa tecnologia.

Abbiamo chiesto ad un paio di ricercatori del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di commentare la portata di questa notizia.

Secondo Andrea Frazzica, esperto di sistemi e componenti termici dell’Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia del CNR, sulla base dei non molti dettagli tecnici comunicati finora da Heliogen, “sarebbe sicuramente un risultato di interesse”.

Attualmente, prima cioè di questo esperimento, lo stato dell’arte del solare a concentrazione arrivava a generare temperature di 500-600 °C. L’esperimento di Heliogen sarebbe quindi riuscito più o meno a raddoppiare le temperature prodotte da un campo di specchi focalizzati sul suo ricevitore.

La svolta tecnologica che ha permesso, almeno in via sperimentale, a Heliogen di fare un balzo così rilevante nella produzione di calore consiste nell’applicazione di tecnologie ottiche avanzate, fra cui software di visione artificiale e il rilevamento automatico dei bordi degli specchi, nell’ambito del proprio sistema di controllo.

“Invece di basarsi solo sulla posizione del sole per programmare gli algoritmi astronomici che istruiscono gli specchi su quale posizione assumere per inseguire il sole, ci si basa anche sul riconoscimento dell’angolo effettivo di incidenza sugli specchi, tramite il riconoscimento delle immagini,” ha detto Valeria Palomba, una ricercatrice del CNR.

“La rilevazione in tempo reale della radiazione solare mentre arriva sugli specchi riesce a focalizzare meglio gli specchi e quindi a concentrare ancora di più la radiazione solare.”

È la fine modulazione degli specchi, insomma, che consente di focalizzare in maniera ancora più concentrata la luce del sole e quindi raggiungere temperature più alte. Tale maggiore rispondenza degli specchi all’angolo effettivo di incidenza dei raggi del sole, oltre che a quello previsto sulla carta, sembra sia stato raggiunto anche usando specchi più piccoli del solito, che consentono una focalizzazione più precisa. Nell’immagine, l’impianto di Heliogen.

Heliogen, che come detto è partecipata anche dal magnate americano Bill Gates, mira ad alimentare con l’energia solare anche processi energivori e bisognosi di temperature estreme, come la produzione di cemento, acciaio e vetro. La sfida è quella di sostituire i combustibili fossili in settori ad alte emissioni di carbonio e che finora sono stati poco toccati dalla rivoluzione dell’energia pulita.

Secondo Frazzica e Palomba, bisognerà verificare importanti questioni di affidabilità e scalabilità del sistema, prima di poter valutare le reali potenzialità del solare a concentrazione nei settori più “pesanti” dell’economia.

Ci sono infatti alcune incognite non banali da risolvere.

“Ci vogliono fluidi che resistano a oltre 1.000 gradi senza degradarsi,” ha detto Palomba, riferendosi al fluido di trasferimento contenuto nel ricevitore su cui si focalizzano gli specchi. “Bisogna pensare anche a sistemi di accumulo” termico capaci di stoccare materiali o sostanze a temperature di oltre 1.000 gradi, “che sono il doppio rispetto alle attuali installazioni.”

Nell’esperimento condotto da Heliogen, infatti, non risulta ci fosse un accumulo, che sarà invece necessario, a differenza di una fornace o altoforno standard, per garantire ad impianti industriali di funzionare con il solare a concentrazione, indipendentemente dall’intermittenza del sole.

Secondo Palomba, un’altra questione importante da affrontare per eventuali applicazioni industriali del solare a concentrazione ad alta temperatura sarà l’affidabilità del meccanismo di regolazione degli specchi.

“Una cosa che può focalizzare temperature così alte, se, per qualche ragione, qualche meccanismo non funziona, ha bisogno di sistemi di sicurezza” adeguati, ha detto la ricercatrice del CNR. “Perché altrimenti si raggiungono temperature che pongono evidenti problemi di sicurezza, da non sottovalutare in applicazioni industriali.”

Anche la scalabilità da un piccolo campo di prova ad un impianto di taglia industriale andrà testata con attenzione, ha aggiunto Frazzica.

Insomma, la sperimentazione sul solare a concentrazione ha fatto un grande balzo in avanti. Bisognerà vedere ora se si riuscirà a replicare il successo dell’esperimento anche su scala industriale e in maniera ripetuta nel tempo.

Il prossimo passo di Heliogen sarà un tentativo di applicazione su larga scala, come per la produzione di cemento.

“È una gara. Vogliamo solo scalare il più velocemente possibile”, ha detto a CNN Business Bill Gross, fondatore e Amministratore Delegato di Heliogen.

Una delle maggiori sfide per Heliogen sarà convincere le aziende ad effettuare gli investimenti necessari per il passaggio dalla generazione fossile al solare. Gross ha dichiarato che l’azienda è in trattative e che intende annunciare presto i suoi primi clienti.

Se riusciamo ad andare da un’azienda del cemento e “diciamo che le daremo calore verde, niente CO2, e che la faremo anche risparmiare, allora diventerà un gioco da ragazzi“, ha detto Gross.

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