La prima batteria di sabbia al mondo trasforma l’energia solare ed eolica in calore stoccabile per mesi e apre la strada a un futuro senza combustibili fossili.
La batteria di sabbia rappresenta una delle innovazioni più promettenti nel settore delle energie rinnovabili. Si tratta di un sistema di accumulo termico con la sabbia ad alta temperatura, capace di trasformare l’energia elettrica in eccesso, proveniente da fonti intermittenti come eolico e solare, in calore immagazzinabile per mesi. Grazie a un processo di riscaldamento resistivo, la sabbia viene portata fino a 500-600°C, sfruttando le sue proprietà uniche: è economica, abbondante e in grado di trattenere il calore con perdite minime. Il calore accumulato può poi essere estratto quando necessario, alimentando la rete di teleriscaldamento e garantendo riscaldamento per abitazioni e uffici.
Il primo impianto commerciale al mondo, sviluppato da Polar Night Energy in Finlandia, dimostra come questa tecnologia possa diventare un pilastro strategico per l’accumulo di energia rinnovabile, una soluzione concreta al problema dell’intermittenza delle fonti verdi.
Il problema: come salvare l’energia solare dell’estate per l’inverno
Nel contesto della transizione energetica, la grande sfida non è più solo aumentare la generazione da fonti rinnovabili, ma capire come immagazzinare calore e renderlo disponibile quando serve. Il concetto di un teleriscaldamento innovativo che non dipenda esclusivamente dai combustibili fossili passa oggi necessariamente per soluzioni di accumulo su scala stagionale. Le fonti come il sole estivo e il vento spesso offrono surplus durante periodi in cui la domanda è bassa, mentre l’inverno, quando occorrerebbe il riscaldamento, si presenta con disponibilità ridotta di queste risorse. È qui che un sistema di accumulo termico con la sabbia assume pieno significato: trasformare l’energia elettrica in eccesso prodotta in estate in calore, immagazzinarla per settimane o mesi, e restituirla nei momenti critici.
L’intermittenza
Le fonti rinnovabili come l’eolico e il fotovoltaico offrono evidenti vantaggi ambientali, ma presentano una caratteristica intrinseca: la produzione non è costante né perfettamente sincronizzata con la domanda. Il vento può non soffiare e il sole non splendere durante ore o giorni critici: ecco l’intermittenza delle fonti rinnovabili. Questo mismatch tra produzione e consumo rende necessario dotarsi di sistemi di accumulo adeguati. Senza accumulo, grandi porzioni della generazione rinnovabile rischiano di essere sprecate o richiedere l’intervento di backup da fonti fossili. Come spiega IEEE Spectrum, diventa cruciale implementare soluzioni che consentano di “congelare” nei mesi favorevoli parte della produzione e restituirla nei periodi in cui la domanda è più elevata.
I limiti delle batterie al litio per l’accumulo stagionale
Le batterie chimiche, in particolare quelle agli ioni di litio, hanno rivoluzionato l’accumulo giornaliero: vettori di energia relativamente efficienti, modulari e ormai diffusi. Tuttavia, quando si parla di accumulo stagionale, cioè immagazzinare energia per mesi, emergono limiti economici e tecnici. I costi per kilowatt-ora immagazzinato crescono significativamente, la durata ciclica può richiedere frequenti sostituzioni, e il sistema risulta meno adeguato per lo stoccaggio su larga scala e per lunghi periodi. In questi casi un’architettura di batteria termica, ossia accumulo mediante calore, come nel caso della sabbia riscaldata, risulta più adatta: materiali abbondanti, costi contenuti e poche perdite nel tempo. Questo apre la strada a sistemi che vanno oltre l’accumulo giornaliero e puntano all’accumulo stagionale vero e proprio.
Come funziona la “batteria di sabbia”: un’idea geniale e a basso costo
La batteria di sabbia è un sistema innovativo di accumulo di energia rinnovabile che sfrutta la capacità della sabbia di immagazzinare calore per lunghi periodi. Il cuore del sistema è un grande silos d’acciaio coibentato, riempito di sabbia, con al centro un complesso sistema di tubi per lo scambio termico. Questo contenitore, progettato per ridurre al minimo le perdite di calore, permette di accumulare energia estiva sotto forma di calore e di restituirla quando necessario, rendendo possibile l’uso dell’energia elettrica in eccesso anche durante i mesi invernali. Il progetto pilota realizzato da Polar Night Energy in collaborazione con Vatajankoski in Finlandia rappresenta uno dei primi esempi concreti di applicazione commerciale di questa tecnologia, dimostrando come un materiale semplice e abbondante come la sabbia possa trasformarsi in un efficace vettore energetico.
La fase di carica e scarica
Vediamo quindi come funziona la batteria di sabbia nel dettaglio:
- Fase di carica: l’elettricità “verde” prodotta in eccesso, ad esempio da impianti eolici o fotovoltaici, viene convogliata in una resistenza elettrica che riscalda l’aria. Quest’aria calda viene fatta circolare all’interno dei tubi del silos e trasferisce il calore alla sabbia, portandola a temperature comprese tra 500 e 600 °C.
- Fase di scarica: quando si richiede energia, aria fredda viene fatta circolare nei tubi all’interno della sabbia calda. Durante il passaggio, l’aria assorbe calore dalla sabbia e viene poi utilizzata per riscaldare l’acqua della rete di teleriscaldamento innovativo, fornendo riscaldamento a case e uffici anche nei mesi più freddi.
Il caso studio: l’impianto di Kankaanpää in Finlandia
Come anticipato, l’impianto di Kankaanpää, realizzato da Polar Night Energy in collaborazione con Vatajankoski, rappresenta un vero banco di prova per la tecnologia della batteria di sabbia su scala commerciale. Il silos in acciaio coibentato, alto 7 metri e largo 4, contiene circa 100 tonnellate di sabbia da costruzione e consente di immagazzinare 8 MWh di calore. Questa capacità è sufficiente a rispondere alla domanda termica di circa 100 abitazioni per una settimana, dimostrando l’efficacia di un accumulo stagionale. La potenza nominale dell’impianto, pari a 100 kW, determina la rapidità con cui l’energia può essere trasferita dentro e fuori il silos, mentre la temperatura di accumulo, intorno ai 500 °C, assicura una densità energetica elevata senza richiedere volumi eccessivi. Grazie al design ottimizzato dei tubi e all’isolamento del contenitore, l’efficienza complessiva raggiunge valori vicini al 99%, rendendo questo impianto uno dei sistemi di stoccaggio termico più performanti attualmente operativi.
| Caratteristica | Dati Specifici | Spiegazione / Impatto |
| Azienda Sviluppatrice | Polar Night Energy | Una startup finlandese nata come spin-off universitario. |
| Dimensioni | Silos: 7 metri (altezza), 4 metri (larghezza) | Contiene circa 100 tonnellate di sabbia da costruzione. |
| Capacità di Accumulo Termico | 8 MWh (Megawattora) | Sufficiente a riscaldare circa 100 case per una settimana. |
| Potenza Nominale | 100 kW | Indica la velocità di “carica” e “scarica” del calore. |
| Temperatura di Accumulo | ~500 °C | Permette un’elevata densità di accumulo energetico in un volume contenuto. |
| Efficienza (Andata-Ritorno) | Fino al 99% | Le perdite di calore nel tempo sono minime grazie all’isolamento. |
Perché proprio la sabbia?
La scelta della sabbia come mezzo di accumulo nel sistema proposto da Polar Night Energy nasce da motivazioni strategiche molto solide. Innanzitutto, la sabbia è un materiale estremamente economico e abbondante praticamente in ogni parte del mondo, il che ne fa un candidato ideale per l’accumulo di energia rinnovabile su larga scala.
In secondo luogo, la sabbia possiede una capacità termica molto elevata: ciò significa che può immagazzinare quantità rilevanti di calore in un volume relativamente contenuto. A differenza dell’acqua, la sabbia può essere riscaldata a temperature molto più alte, fino a circa 500‑600 °C nel caso degli impianti finlandesi, senza rischio di evaporazione o aumento di pressione, rendendo possibile una maggiore densità dell’accumulo e una maggiore efficienza.
Infine, la sabbia non si degrada nel tempo: può essere scaldata e raffreddata per migliaia di cicli senza perdere le sue proprietà fondamentali, il che assicura una lunga durata operativa del sistema. Tutte queste caratteristiche – abbondanza, costo contenuto, alta capacità termica, elevata temperatura operativa e lunga vita – spiegano perché il progetto realizzato a Kankaanpää con l’utility Vatajankoski abbia puntato proprio su questo materiale.
Lo sapevi? Il concetto alla base della batteria di sabbia è estremamente semplice e antico: sfruttare la capacità di un materiale di accumulare calore. In pratica, il principio è simile a quello dei forni solari tradizionali o delle stufe a massa, che trattengono il calore durante il giorno per rilasciarlo lentamente durante la notte. La differenza sta nella scala e nell’efficienza: mentre i sistemi tradizionali erano limitati a poche ore, la batteria di sabbia moderna può conservare il calore per settimane o addirittura mesi, garantendo un vero e proprio accumulo stagionale per l’energia rinnovabile.
In sintesi
La batteria di sabbia rappresenta una soluzione semplice ma estremamente efficace per affrontare l’intermittenza delle fonti rinnovabili. Grazie alla capacità della sabbia di immagazzinare calore ad alte temperature senza degradarsi nel tempo, sistemi come quello di Kankaanpää possono conservare energia estiva e rilasciarla durante i mesi freddi, fornendo calore affidabile alle reti di teleriscaldamento innovativo e aprendo nuove prospettive per l’accumulo di energia rinnovabile su scala stagionale.
Video: Che cos’è una batteria di sabbia, la spiegazione di Polar Night Energy
Il video spiega come funziona la batteria di sabbia di Polar Night Energy, un sistema di accumulo termico su larga scala che utilizza la sabbia per immagazzinare energia sotto forma di calore. Serve principalmente a tre scopi: conservare l’energia in eccesso prodotta da solare ed eolico, partecipare al bilanciamento della rete elettrica e generare calore ed energia senza combustione. Il progetto ha un grande potenziale per ridurre le emissioni e favorire la transizione dai combustibili fossili alle energie rinnovabili.
