Accumulo termico stagionale di tipo chimico basato su materiale composito MgSO4 e cordierite: teoria e sperimentazione.

Abstract

In uno scenario energetico sempre più caratterizzato da fonti rinnovabili non programmabili, gli energy storage stanno acquisendo un’importanza predominante per garantire la sicurezza dell’approvvigionamento energetico e un efficiente utilizzo di tali fonti. Nel contesto degli accumuli stagionali i thermal energy storage rappresentano una tecnologia promettente per garantire il calore necessario allo space heating e alla produzione di acqua calda sanitaria nel settore domestico. In quest’ottica, i materiali termochimici per l'accumulo di calore, come i sali idrati, che consentono di immagazzinare energia termica senza nessuna perdita per lunghi periodi di tempo, sono oggetto di crescente interesse. Problematiche come la lenta cinetica di reazione, l’agglomerazione e la deliquescenza ne rendono, però, l’utilizzo nella loro forma pura molto complesso. In questo lavoro di ricerca, condotto presso i laboratori dell’Università MCI di Innsbruck, nel periodo compreso tra ottobre 2022 e maggio 2023, si è creato e caratterizzato un materiale composito a base di cordierite e MgSO4‧7H2O, mutuando l’approfondita conoscenza acquisita in campo automobilistico per la produzione di catalizzatori monolitici. Il materiale composito è stato preparato ricoprendo, con il materiale per il washcoating DISPERAL P2, il supporto di cordierite con la procedura di dip-coating. Dopo un’intensa sperimentazione per garantire l’integrità della washcoat, il MgSO4‧7H2O si è depositato mediante impregnazione in soluzione acquosa nella struttura porosa venutasi a creare. Le prestazioni termiche durante il processo di deidratazione sono state esaminate per tre tipologie di materiale composito (variando la temperatura di calcinazione del washcoating a 350°C, 450°C e 700°C), mediante TGA/DSC analisi. Le prestazioni più promettenti in termini di densità energetica e cinetica di reazione, associate al sale idrato contenuto interno del

In an energy scenario increasingly characterized by non-programmable renewable sources, energy storage systems play a crucial role in ensuring energy supply reliability and optimizing energy utilization. Within the context of seasonal energy storage, thermal energy storage technologies hold great promise for meeting the heat demand in residential applications, including space heating and domestic hot water production. Thermochemical heat storage materials, such as hydrate salts, offer a viable solution for long-term thermal energy storage due to their ability to retain energy without significant losses also over long period of time. However, the practical application of pure salts hydrate faces challenges related to slow reaction kinetics, agglomeration, and deliquescence. The present research, carried out during the mobility at MCI University in Innbruck from October 2022 to May 2023, focuses on the development and characterization of a composite material based on cordierite and MgSO4‧7H2O. Drawing inspiration from the extensive knowledge gained in the automotive industry regarding monolithic catalyst supports, the composite material was fabricated using a dip-coating technique. A washcoating material, known as DISPERAL P2, was applied to the cordierite support to create an intact washcoat layer. Subsequently, the porous structure of the composite material was impregnated with MgSO4‧7H2O through aqueous solution infiltration. The thermal performance during the dehydration process was assessed using TGA/DSC analysis, considering three different calcination temperatures for the secondary support (350°C, 450°C, and 700°C). Among the tested composite materials, the one calcinated at 350°C exhibited the most promising performance in terms of energy density and reaction kinetics associated with the hydrate salt content.