RED Heat-to-Power: conversione di calore di scarto in energia elettrica mediante elettrodialisi inversa a ciclo chiuso

Abstract

La produzione di energia da gradienti salini si sta affermando come una valida alternativa alle tradizionali fonti di energia rinnovabili. In particolare l’elettrodialisi inversa (RED) è di certo tra le tecnologie più promettenti per effettuare la conversione di gradienti salini in energia utile. Un recente sviluppo è l’utilizzo del processo RED a ciclo chiuso con soluzioni saline artificiali, nel quale le soluzioni in uscita dall’unità RED vengono rigenerate all’interno di un’unità di rigenerazione termica, che ripristina il gradiente salino iniziale. L’utilizzo del sistema a ciclo chiuso premette dunque di convertire calore a bassa temperatura (e.g. calore di scarto a T <70-100°C) in energia elettrica, costituendo un raro esempio di “macchina termica” operante in tale range di temperatura. Dal punto di vista del processo RED, inoltre si hanno i vantaggi di: (i) svincolarsi dalla necessità di avere gradienti salini “geograficamente disponibili”; (ii) utilizzare soluzioni saline “non convenzionali” ottimizzate per tale applicazione. Nel presente lavoro, finanziato dal progetto RED Heat-to-Power (www.red-heat-to-power.eu), è stato messo a punto un modello semplificato per l’intero processo integrato con unità RED ed unità di rigenerazione (analizzando per quest’ultima 2 casi studio: i) unità evaporativa a effetti multipli per l’estrazione di acqua; ii) colonna di desorbimento per l’estrazione di sali termolitici). Il modello è stato utilizzato per indagare l’effetto di parametri operativi (concentrazioni delle due soluzioni in ingresso all’unità RED e relative velocità) e configurazioni di processo (uso di soluzioni saline differenti da quelle con NaCl inclusi sali termolitici), indentificando le condizioni operative che massimizzano la potenza ottenibile e/o l’efficienza energetica del processo. I risultati preliminari mostrano che tra i sali testati in soluzione acquosa, quelli a base di litio sembrano i più performanti, mentre l’uso di un sale termolitico (NH4HCO3) consente una rigenerazione a temperatura più bassa (circa 60°C) pur riducendo l’efficienza di conversione