Frontiere dell’energia: alimentare 10 mila famiglie con una turbina grande come una scrivania

Una turbina delle dimensioni di una normale scrivania d’ufficio potrebbe presto fornire energia a 10.000 famiglie, secondo quanto sostenuto dal Southwest Research Institute (Swri), che ha allestito un impianto pilota a San Antonio, in Texas. Chiamato Supercritical Transformational Electric Power (STEP), l’impianto pilota dimostrativo ha visto lo SwRI collaborare con GTI Energy, GE Vernova (GE) e il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

Le turbine a vapore utilizzate nelle centrali elettriche di tutto il mondo sono una tecnologia sperimentata datata. Le origini della turbina a vapore risalgono al XIX secolo e non hanno visto miglioramenti radicali nella tecnologia, anche se si possono trovare turbine a vapore di varie dimensioni e applicazioni.

Il compito della turbina è quello di utilizzare l’acqua come mezzo termico nei cicli di energia. Tuttavia, se si cambiasse il mezzo stesso, la turbina potrebbe essere molto più piccola. Inserendo l’anidride carbonica come fluido di lavoro, le turbine possono essere notevolmente ridimensionate.

Turbine a CO2 supercritica

L’anidride carbonica esiste in forma gassosa, ma può anche essere concentrata ad alta temperatura e pressione, dove si comporta come un gas ma con la densità di un liquido. Chiamata CO2 supercritica (sCO2), questa forma gassosa è da tempo nel mirino del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), poiché consente alle turbine di essere fino al 10% più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alle turbine convenzionali.

Inoltre, una turbina di un metro che utilizza sCO2 può svolgere lo stesso lavoro di una turbina a vapore di 20 metri di siametro, aprendo la strada a un significativo ridimensionamento della turbina. Dalle turbine delle dimensioni di un autobus utilizzate oggi, si potrebbe passare a una turbina di sCO2 delle dimensioni di un carrello da golf o addirittura di una scrivania. Lo STEP mira a trasformare questa possibilità in realtà e, presso la sede centrale dello Swri in Texas, è in fase di sviluppo un progetto pilota dimostrativo da 10 MW, finanziato con 155 milioni di dollari. Sarebbe sufficiente per alimentare 10.000 abitazioni.

Lavorare con la concentrazione solare

Un ulteriore vantaggio dell’utilizzo di sCO2 è la possibilità di portare il gas allo stato supercritico utilizzando l’energia solare concentrata. Questo approccio utilizza un sistema di specchi per concentrare l’energia solare e utilizzarla per vari scopi, dal riscaldamento alla produzione di energia.

Secondo CleanTechnica, il DOE ha lavorato negli anni per ridurre il costo degli impianti solari a concentrazione, con scarsi risultati. L’utilizzo di sCO2 potrebbe ridurre drasticamente i costi, offrendo una situazione vantaggiosa per entrambi gli approcci.

Il programma STEP è in corso dal 2018 ed è il più grande impianto dimostrativo al mondo per la tecnologia sCO2. All’inizio di quest’anno l’impianto pilota ha raggiunto il primo funzionamento del suo compressore con CO2 che raggiunge le condizioni di fluido supercritico. L’obiettivo del progetto è migliorare l’efficienza, l’economia, la flessibilità operativa, i requisiti di spazio e le prestazioni ambientali di questa nuova e imminente tecnologia.