Batterie al vanadio: alternativa di forte interesse per l’energy storage

Le soluzioni di accumulo sono sempre più richieste e questo spinge l’interesse non solo sulle soluzioni agli ioni di litio, ma anche su alternative altrettanto interessanti, come le batterie al vanadio, o più precisamente batterie a flusso redox di vanadio (VRFB).

L’attenzione è davvero alta. Allied Market Research stima che il mercato globale delle batterie VRFB passerà da 188,7 milioni di dollari nel 2023 a 523,7 milioni di dollari entro il 2030.

Stime di mercato a parte, sono gli ultimi accordi firmati in Cina a far comprendere quanto queste tecnologie siano di interesse, soprattutto in abbinamento ai parchi fotovoltaici.

Nello Xinjiang sono stati completati di recente i principali lavori di costruzione del più grande progetto di energy storage con batterie a flusso redox di vanadio al mondo. Il progetto, sostenuto da China Huaneng Group, prevede un sistema VRFB da 200 MW/1 GWh abbinato a un parco solare da 1 GW. Per il progetto sono stati investiti 520 milioni di dollari. Perché non si è puntato su soluzioni “tradizionali” agli ioni di litio? Per le caratteristiche premianti delle batterie al vanadio.

Batterie al vanadio: cosa sono…

La batteria redox a flusso al vanadio ha una storia pluridecennale. L’ha inventata nel 1986 Maria Skyllas-Kazacos, professoressa di Scienze e ingegneria chimica all’Università australiana del Nuovo Galles del Sud. Si tratta di una batteria ricaricabile, composta da serbatoi di stoccaggio di energia, in cui sono presenti gli elettroliti, una serie di celle elettrochimiche collegate tra loro e il sistema di flusso.

Al cuore del sistema è la cella elettrochimica: è qui che avviene la reazione chimica. È composta da due compartimenti, dove sono insediati l’anolita e il catolita, divisi da una membrana a scambio ionico.

…e che vantaggi offrono

La sicurezza che offrono le batterie al vanadio rappresenta il loro principale vantaggio. Grazie alla costituzione intrinseca delle soluzioni, non presenta rischio di esplosione o incendio. Le batterie VRFB funzionano a temperatura ambiente con una generazione di calore minima.

Inoltre, presentano una lunga durata, con un ciclo di vita molto superiore a quella delle batterie al litio. L’elettrolita al vanadio rimane stabile per decenni di utilizzo.

Inoltre, è facilmente scalabile: aumentando la concentrazione dell’elettrolita e incrementandone il volume si può incrementare la potenza. Pertanto, la batteria redox al vanadio può essere utilizzata in centrali di accumulo di energia su larga scala da centinaia di megawatt. Per tutti questi motivi si stanno affermando come un’alternativa interessante sistemi di accumulo a lunga durata (LDES).

Criticità e prospettive

Per contro, va segnalata una bassa densità energetica, decisamente inferiore alle batterie agli ioni di litio, come pure una efficienza di conversione energetica inferiore.

Il limite più critico è costituito dalla sua reperibilità. Pur essendo un elemento molto diffuso, è raramente abbondante. Un’analisi di Oregon Group prevede che entro il 2033 le batterie al vanadio VRFB rappresenteranno il 17% dell’uso globale di vanadio, con un aumento di 6 volte rispetto al solo 3% del 2021. Dato che l’acciaio continua a dominare la domanda di vanadio (ha rappresentato il 94% del consumo statunitense nel 2023), si prevede che l’aumento dell’uso delle batterie eserciterà una pressione significativa sull’offerta. Per soddisfare questa crescente domanda, l’offerta globale di vanadio dovrà aumentare del 6,9% annuo tra il 2022 e il 2030. Tuttavia, il 99% dell’offerta globale è concentrato in Cina (70%), Russia (21%) e Sudafrica (8%). E la maggior parte delle potenziali nuove fonti di vanadio rimangono non finanziate o in fase di esplorazione iniziale.

Tuttavia, lo scenario varia, grazie all’evoluzione tecnologica capace di apportare diverse migliorie. Già nel 2024 uno studio condotto da un team di ricerca dell’Università di Padova ha illustrato, in un articolo scientifico, che le evoluzioni tecnologiche e di mercato stanno portando verso sistemi molto più competitivi, con costi per le batterie a flusso redox di vanadio che potrebbero scendere sotto i 260 €/kWh e raggiungere una durata di storage di 10 ore.

Potenzialità elevate

Le opportunità offerte dalle batterie al vanadio sono comunque elevate. Si punta e si punterà su queste soluzioni anche per supportare la crescita delle rinnovabili, fotovoltaico ed eolico in primis. Secondo Wood Mackenzie, saranno necessari investimenti pari a 1200 miliardi di dollari in sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) per supportare l’installazione di oltre 5.900 GW di nuova capacità eolica e solare a livello globale entro il 2034. “L’implementazione della tecnologia grid-forming dovrà accelerare nel prossimo decennio per agevolare la prevista espansione globale delle energie rinnovabili, stimata a 5mila miliardi di dollari”, evidenzia la società di analisi.

Accanto agli impianti utility scale, c’è da soddisfare anche le esigenze crescenti del residenziale. Per questo occorrono soluzioni più compatte anche per soddisfare la domanda di sistemi di accumulo di energia per l’ambito domestico. C’è chi sta lavorando alla messa a punto su scala commerciale di batterie al flusso redox al vanadio. La statunitense StorEn ha brevettato una soluzione di batteria domestica con la potenzialità di durare il doppio rispetto a una batteria agli ioni di litio: invece di 10 anni, è progettata per durarne 20.

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