iOWC: dalla Spagna la nuova batteria acqua-aria

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Redazione
7 Dicembre 2023
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I ricercatori dell’Università di Cordoba hanno provato e analizzato il funzionamento di un sistema di accumulo di energia basato su un serbatoio cilindrico immerso nell’acqua, iOWC. E’ in grado di immagazzinare e rilasciare energia in risposta al fabbisogno.

L’energia pulita, basata su fonti rinnovabili come la luce del sole e il vento, offre una strada verso un mondo più ospitale e sostenibile. Un ostacolo a questo obiettivo, tuttavia, è rappresentato dal fatto che le fonti rinnovabili non sempre producono energia quando è necessaria. Trovare sistemi di accumulo puliti e con una capacità sufficiente è indispensabile. Di fronte all’impatto ambientale dell’estrazione e del riciclo dei materiali necessari per costruire le batterie convenzionali, che spesso sono scarsi, la comunità dei ricercatori sta cercando delle alternative.

Tra queste alternative è nata questa innovazione, frutto di una collaborazione tra i dipartimenti di Ingegneria Elettrica e Automatica, Meccanica e Fisica dell’Università di Cordoba.

Questo dispositivo è stato sviluppato dai ricercatori Antonio Martín Alcántara, José Luis Aranda Hidalgo, Alberto Jiménez Solano e Antonio Sarsa Rubio. Permette di immagazzinare e rilasciare energia nel momento più opportuno, utilizzando un serbatoio cilindrico immerso nell’acqua. Il sistema sfrutta la pressione idrostatica (il peso della colonna di liquido su una superficie) per comprimere l’aria ed espanderla successivamente in una turbina, erogando l’energia immagazzinata.

Come funziona esattamente

Layout 3D dell’iOWC e schema di sistema che mostra le dimensioni.

Il sistema, che può essere immerso in un serbatoio, ad esempio, “consiste in un tubo cilindrico con un disco che lo divide in due camere: una superiore con acqua e una inferiore con aria“. Ha spiegato Antonio Martín. “Inizialmente (con il sistema carico), il disco è in alto e il cilindro è pieno d’aria. Poi il disco si abbassa e l’acqua occupa la parte superiore del cilindro, comprimendo a sua volta l’aria a una pressione molto elevata a causa del peso dell’acqua”, ha continuato.

Questa è la fase di rilascio dell’energia, poiché l’aria compressa esce da un foro sul fondo del cilindro e aziona una turbina, generando l’energia.

Per ricaricare l’accumulo del tubo si potrebbe utilizzare un motore, ad esempio per sollevare il disco in modo che l’aria rioccupi l’intero cilindro. “Il dispositivo è stato progettato per immagazzinare energia durante i periodi di prezzi bassi e per recuperarla durante i picchi”. Ha spiegato José Luis Aranda Hidalgo, che ha registrato l’invenzione ispirata da questo studio come Utility Model (ES-1291145-Y).

Il nome dato al sistema è iOWC, in quanto rivisita l’esistente Oscillating Water Column (OWC), ma al contrario. Questo sistema, l’OWC, è un semplice meccanismo utilizzato per estrarre energia dalle onde oceaniche attraverso un cilindro in cui il volume d’acqua si trova al di sotto. Il suo livello sale con le onde oceaniche generando così energia. Questa nuova applicazione invertita, l’iOWC, rappresenta un’alternativa all’accumulo di energia.

A livello di fisica, i ricercatori Alberto Jiménez Solano e Antonio Sarsa Rubio hanno contribuito a questa analisi di fattibilità teorica attraverso equazioni di conservazione. Queste hanno permesso di definire le dimensioni pratiche necessarie per la progettazione e la futura implementazione del sistema.

I risultati ottenuti dal team ci permettono di sapere come risponderebbe il sistema, identificando le condizioni di progettazione appropriate per il suo funzionamento tenendo conto del rapporto di forma (quello tra la larghezza e l’altezza del cilindro) e delle dimensioni del foro di uscita dell’aria per ottenere l’energia e la potenza necessarie, riducendo le oscillazioni che potrebbero verificarsi nel disco del cilindro a causa della pressione. Per mitigare queste oscillazioni, i ricercatori propongono anche un sistema di smorzamento.

Con lo sviluppo e la formulazione teorica del progetto di questo dispositivo si compiono progressi verso un’alternativa pulita per l’immagazzinamento dell’energia, che renderebbe possibile anche il caricamento e lo scaricamento dell’energia in risposta alle situazioni di mercato.

Lo studio è pubblicato sulla rivista Energy: Analysis and design of an inverted oscillating water column for energy storage under choked flow conditions – ScienceDirect

fonte articolo: A new energy storage device as an alternative to traditional batteries (techxplore.com)