Badacze z norweskiego instytutu SINTEF, we współpracy ze szwajcarską firmą COWA Thermal Solutions, opracowali zupełnie nowe podejście do magazynowania ciepła. Ich pomysł nie przypomina klasycznego bojlera pełnego wody. Zamiast tego sięga po technologię, którą moglibyśmy porównać do wielkiego, wydajnego akumulatora do naszego domu i to ładowanego przede wszystkim wtedy, gdy energia jest najtańsza. Jest to zamiana prosta w swojej idei, ale potencjalnie rewolucyjna, która może znacząco wpłynąć na wygodę użytkowania i wysokość rachunków.
Sekret pomysłu tkwi w hydratach soli. To one działają jak termiczna gąbka
Podstawą nowego systemu są tak zwane hydraty soli. Są to materiały zmiennofazowe, których właściwości fizyczne różnią się zasadniczo od zwykłej wody użytej w tradycyjnych zbiornikach. Kiedy są podgrzewane do pewnej temperatury, przechodzą ze stanu stałego w ciekły i mogą magazynować ciepło. Kiedy zaś są chłodzone, to wracają do formy stałej i ponownie uwalniają ciepło. Najważniejsza jest w nich zdolność do przechowywania energii, bo ta sama objętość hydratów soli może zgromadzić znacznie więcej ciepła niż woda. Dzięki temu nowy moduł magazynujący może być nawet czterokrotnie mniejszy od konwencjonalnego zbiornika o tej samej pojemności. Materiały te są przy tym nietoksyczne, niepalne i stosunkowo tanie, co jest kluczowe dla bezpiecznego zastosowania w budynkach mieszkalnych.
Czytaj też: Wrzucasz słomę, wyciągasz paliwo przyszłości. Ekologiczny wodór wreszcie tańszy od gazu
Sama idea wykorzystania hydratów soli nie jest nowa. Wcześniejsze próby często kończyły się jednak niepowodzeniem z powodu niskiej wydajności i wolnego czasu reakcji systemu. Zespół z SINTEF postanowił rozwiązać ten problem, projektując innowacyjny układ wymiany ciepła. Jego serce stanowią specjalnie uformowane żeberka, które są wykonane w całości z aluminium pochodzącego z recyklingu. Efekty tego typu instalacji przerosły oczekiwania, bo wydajność całego procesu magazynowania i oddawania ciepła skoczyła z 65% do imponujących 85%. Co ważne, system stał się też znacznie szybszy. Czas ładowania skrócił się o ponad 70%, a oddawania ciepła o ponad 80%, co w praktyce oznacza, że taki magazyn może błyskawicznie zareagować na nagły wzrost zapotrzebowania, czyli np. gdy kilka osób z rzędu bierze gorący prysznic.
Aluminium okazało się świetne, ale wymagało solidnej ochrony
Z kolei wybór aluminium nie był przypadkowy. Metal ten doskonale przewodzi ciepło, a do tego jest lekki i plastyczny, choć do tego zastosowania nie jest idealny, bo hydraty soli mogą agresywnie oddziaływać na aluminium, a to zwłaszcza to z odzysku. Naukowcy znaleźli jednak sposób i na to, stosując powłokę PEO (plazmowe utlenianie elektrolityczne). Tworzy ona na powierzchni metalu cienką, niezwykle twardą warstwę ceramiczną, która jest porównywalna do powłok w nowoczesnych patelniach, dzięki czemu skutecznie chroni system przed korozją przez dziesiątki lat.
Czytaj też: Chiny pokonały blackouty. Już 12 krajów uwierzyło w ich dzieło
Ta technologia to coś więcej niż tylko oszczędność miejsca. Tego typu akumulator termiczny działa jak inteligentny bufor energetyczny dla gospodarstwa domowego. Może być ładowany automatycznie w nocy, gdy taryfa prądu jest niższa lub w słoneczny dzień, gdy domowa fotowoltaika produkuje nadmiar energii. Zakumulowane ciepło jest z kolei uwalniane dokładnie wtedy, gdy jest potrzebne. Dokładnie to samo dzieje się w klasycznym układzie z bojlerem wody, ale w nim raz nagrzany zbiornik stopniowo traci temperaturę, a każdy kolejny prysznic czy zmywanie naczyń uszczuplają jego zapas. Hydraty soli wprowadzają do tego obrazka nową jakość, bo zapewniają gorącą wodę na bieżąco, korzystając z tego, że ta sama objętość może utrzymać znacznie większy ładunek ciepła przez dłuższy czas.
Inteligentny magazyn energii w ramach projektu Sure2Coat
Prace nad tym rozwiązaniem są częścią szerszego, międzynarodowego projektu Sure2Coat, który skupia 14 partnerów z całej Europy. Celem jest opracowanie zrównoważonych metod obróbki i powlekania metali. W tym ekosystemie COWA Thermal Solutions koncentruje się na udoskonalaniu samych hydratów soli, dodając składniki gwarantujące stabilność materiału przez dekady. SINTEF natomiast dopracowuje wydajność całego systemu pod kątem praktycznego montażu w pompach ciepła.
Czytaj też: Rewolucja na rynku okien. Zapomnij o podłączaniu szyb do prądu
Na razie mówimy więc o technologii w fazie rozwoju, ale wszystkie elementy tej układanki składają się w spójną całość: materiał o wysokiej gęstości magazynowania ciepła, przemyślana konstrukcja z recyklingowanego aluminium zabezpieczona powłoką PEO oraz integracja z dojrzałą już technologią pomp ciepła. Jeżeli kolejne etapy badań potwierdzą trwałość układu w realnych warunkach pracy i uda się obniżyć koszty produkcji w seryjnej skali, to oto powstanie narzędzie, którego brak odczuwaliśmy od dawna – kompaktowy magazyn ciepła, który zamiast “doganiać” potrzeby domu, przewiduje je i wyrównuje w czasie. W praktyce takie rozwiązanie może przyjąć różne formy: od dodatku do nowych, fabrycznie kompletnych zestawów pompa ciepła + magazyn, po moduł modernizacyjny dla istniejących instalacji w domach jednorodzinnych i mniejszych budynkach wielorodzinnych.