Il grosso limite delle fonti alternative è che sono instabili. Una soluzione a questo problema sono le batterie che però hanno costi elevati e qualche inconveniente sulla natura. L'azienda Fourth Power si occupa di trovare soluzioni di stoccaggio di energia termica. Ha origine in Massachusetts ed è sostenuta anche dal fondo Breakthrough Energy Ventures di Bill Gates. Fourth Power propone una nuova tecnologia di accumulo di energia a temperatura ultraelevata, 10 volte più economica delle batterie agli ioni di litio e più efficiente di una turbina a vapore.
Grazie ad un nuovo prototipo di accumulatore di energia ad altissima temperatura da 1 MWh la Fourth Power sostiene di riuscire ad accumulare l'energia in eccesso in modo economico ed efficiente derivante dalla produzione fotovoltaica o eolica per poterla riutilizzare nei momenti in cui naturalmente cala questa produzione, è il sogno di molte aziende.
L’idea alla base del progetto Fourth Power è abbastanza semplice nel suo complesso. L’energia, prodotta per esempio da fonti rinnovabili, in eccesso viene utilizzata per scaldare grandi blocchi di grafite fino a 2.500 °C.
Nel sistema Fourth lo “spostamento” di questa energia termica avviene attraverso del metallo liquido caratterizzato dalla bassa temperatura di fusione 232 °C (stagno).
Il metallo liquido circola nell’impianto grazie ad un innovativo tipo di pompa meccanica in grafite progettata proprio dal fondatore di Fourth Asegun Henry. Questo tipo di pompa può gestire liquidi caldi fino a 1.200 °C.
Queste pompe spostano il metallo liquido surriscaldato all’interno di un sistema idraulico di grafite, trasferendo così il calore dagli elementi riscaldanti ai blocchi di grafite. Al momento di recuperare l’energia accumulata lo stesso sistema idraulico pompa il metallo liquido attraverso numerosi stretti tubi di grafite all'interno di una serie di celle di raccolta dell'energia.
Questi tubi diventano incandescenti ed emettono luce intensa. Questa luce viene raccolta attraverso celle termofotovoltaiche (TPV) che raccolgono fotoni dalla fonte di calore incandescente. Il principio generale è simile alle celle solari degli impianti fotovoltaici, a queste temperature, infatti, quasi tutto il trasferimento di calore avviene sotto forma di luce anziché attraverso il meccanismo della conduzione o della convezione.
Questo è il cuore del sistema. Le celle TPV in questione sono state annunciate ad aprile del 2022 da un team di ingegneri del MIT e del National Renewable Energy Laboratory (NREL). In quella sede annunciarono un’efficienza di estrazione dell’energia termica da record oltre il 40% un valore superiore a quello ottenuto con la produzione di energia attraverso le turbine a vapore.
Queste celle raccolgono solo le parti a più alta energia dello spettro delle lunghezze d'onda, per un'efficienza ottimale, gli specchi sull’ultimo strato delle celle riflettono il resto della luce contribuendo a mantenere più calore possibile nello stagno liquido.
Nel processo di trasferimento di energia lo stagno liquido scende da circa 2.400 °C a circa 1.900 °C e viene rimandato agli elementi riscaldanti per essere nuovamente caricato di energia.
La combinazione del sistema di pompaggio di stagno liquido e le celle TPV ad alta efficienza nel loro complesso costituiscono una batteria termica molto reattiva in grado di restituire energia alla rete in pochi secondi dalla rilevazione del picco di domanda e con una densità di potenza senza precedenti, l’azienda dichiara di poter "trasferire da 10 a 100 volte più calore di qualsiasi altra azienda con apparecchiature delle stesse dimensioni".
Quali sono i costi di questa energia immagazzinata?
Fourth Power afferma che l'obiettivo è ottenere un'efficienza energetica del circuito completo di circa il 50% valore inferiore rispetto a grandi impianti con batterie al litio ma a costi significativamente più bassi.
In questo tipo di impianto grafite e stagno sono massicciamente utilizzati e sono molto economici come materia prima rispetto al litio raffinato, quindi mentre una batteria al litio potrebbe costare circa 330 dollari per kWh di energia immagazzinata e restituita, Fourth afferma di poter ottenere lo stesso risultato con meno di 25 dollari. Quindi anche nei casi di stoccaggio a lungo termine, dove l’efficienza sarà inferiore con perdite stimate di circa l’1% dell’energia immagazzinata al giorno, il costo sarebbe comunque enormemente inferiore.
Sicurezza e sviluppi futuri
In questo caso rispetto al litio i rischi sono minori:
non c'è rischio di fuga termica perché il sistema è chimicamente inerte;
non c'è rischio di esplosione non essendoci contenitori in pressione;
se lo stagno liquido dovesse fuoriuscire dal sistema idraulico si congelerebbe nuovamente in metallo appena raggiunge gli strati isolanti o, nel caso peggiore, il pavimento di cemento della struttura;
la batteria viene conservata in una struttura fissa riempita con gas argon per prevenirne l'ossidazione. Spessi strati di isolamento e pannelli di raffreddamento minimizzerebbero l'ingresso di ossigeno nel sistema nel caso in cui fosse compromesso.
Fourth ha annunciato un aumento di capitale da 19 milioni di dollari, a cui hanno partecipato Breakthrough Energy Ventures e Black Venture Capital Consortium. Questa iniezione di denaro andrà alla realizzazione di un impianto prototipo da 1 MWh vicino Boston, il cui completamento è stimato nel 2026.
