Energy storage e ricerca: nuovi passi avanti per l’accumulo e le rinnovabili

Le potenzialità di sviluppo delle soluzioni di accumulo energetico passano anche dallo studio di materiali alternativi al litio, più facilmente reperibili e meno costosi.

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Energy storage e ricerca: nuovi passi avanti per l’accumulo e le rinnovabili

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Il legame tra energy storage e ricerca sarà determinante per arrivare a soluzioni di accumulo sempre più performanti e meno costose, a tutto vantaggio anche delle fonti rinnovabili. Si sa che lo storage energetico è basilare per arrivare alla transizione energetica. È una possibilità in rapido aumento: secondo la IEA, si stima che la capacità di stoccaggio installata a livello mondiale aumenterà del 56% tra 2021 e 2026, raggiungendo oltre 270 GW tra quattro anni.

I sistemi di pompaggio idroelettrico forniscono oggi il 42% dell’espansione globale della capacità di stoccaggio dell’elettricità e sono la soluzione prevalente per l’energy storage. Ma i sistemi di accumulo su più piccola scala stanno aumentando, a partire dalle batterie al litio.

Tuttavia, occorre guardare ad alternative più sostenibili del litio, non solo a livello ambientale, ma anche economico e geopolitico. Qui la ricerca è fondamentale per trovare soluzioni differenti, ma in grado quanto prima di assicurare le stesse (o anche migliori) prestazioni, assicurando maggiore reperibilità delle materie prime.

Energy storage e ricerca: le potenzialità dell’alluminio, dal MIT…

Un team di ricercatori del MIT ha sviluppato un nuovo tipo di batteria che impiega alluminio e zolfo per i due elettrodi, con un elettrolita di sale fuso. Si tratta di materiali abbondanti e poco costosi. Inoltre presentano un elemento di vantaggio rispetto al litio: sono più sicure. Oltre a essere costose, le batterie agli ioni di litio contengono un elettrolita potenzialmente infiammabile.

La ricerca svolta dal gruppo coordinato da Donald Sadoway, docente di chimica dei materiali, è partita dalla selezione dei materiali: l’alluminio, che è il metallo più abbondante sulla Terra.

Energy storage e ricerca: le potenzialità dell’alluminio, dal MIT…

Oltre all’alluminio, i ricercatori hanno usato zolfo e sali, anch’essi facilmente reperibili. I risultati della ricerca sono stati molto promettenti: ha dimostrato che le celle della batteria con questa combinazione di materiali possono sopportare centinaia di cicli a tassi di carica notevolmente elevati, con un costo previsto per cella di circa un sesto rispetto alle celle agli ioni di litio comparabili. Inoltre, la batteria non richiede una fonte di calore esterna per mantenere la sua temperatura di esercizio. Il calore viene naturalmente prodotto per via elettrochimica dalla carica e dalla scarica della batteria.

Questa nuova formulazione delle batterie, secondo Sadoway, sarebbe ideale per installazioni di dimensioni contenute, come quelle per uso residenziale o per le necessità di una piccola e media impresa.

… al progetto di ricerca UE

Le potenzialità dell’alluminio, sempre in tema energy storage e ricerca, sono oggetto di studio anche da parte di un progetto di ricerca UE cui lavorano nove partner di ben sette Paesi europei. Il progetto Reveal parte dall’idea che gli edifici potrebbero essere riscaldati in futuro immagazzinando l’energia del fotovoltaico, del vento e dell’acqua nell’alluminio.

Per riuscire, hanno messo a punto una tecnica per convertire l’ossido di alluminio in alluminio metallico in modo ecologico. La tecnica, chiamata Power-to-Al, serve per immagazzinare energia solare o altra energia da fonti rinnovabili nell’alluminio.

Energy Storage, progetto di ricerca UE

Secondo quanto affermato dal team di energy storage e ricerca, questa soluzione tecnica consentirà di immagazzinare grandi quantità di energia con una densità di accumulo decisamente elevata (superiore a 15 MWh/m³), a un costo interessante, senza perdite e con un impatto ambientale inferiore rispetto alle soluzioni attuali. Partito a luglio, Reveal si concentra sullo sviluppo di tecnologie avanzate in grado di produrre alluminio dall’allumina (composto chimico presente in natura come minerale) senza emissioni di CO2. Inoltre, stanno lavorando sulle tecnologie per utilizzare il metallo come mezzo per l’immagazzinamento a lungo termine dell’elettricità sotto forma di calore, utile per il riscaldamento residenziale.

Questa soluzione di stoccaggio ad alta densità consentirà di coprire la domanda di energia con flessibilità anche in piccole unità e in situazioni off-grid e, soprattutto, nelle stagioni in cui la domanda è molto più alta di quanto la produzione rinnovabile locale possa coprire.

Si studiano altri nuovi materiali

Gli studi sull’energy storage vanno anche su altri materiali, anche per cercare di arrivare a tempi di ricarica più rapidi, opzione decisamente interessante per la mobilità elettrica. A questo proposito un gruppo di ricerca guidato dalla Boise State University e dalla University of California San Diego ha adottato un approccio non convenzionale a questo problema. Utilizzando le risorse dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, hanno creato un materiale ad alte prestazioni per gli elettrodi delle batterie. Il pentossido di niobio, composto inorganico utilizzato, si rivela molto promettente per accelerare la carica e fornire un’eccellente capacità di accumulo d’energia.

Negli USA l’attenzione alle potenzialità espresse da energy storage e ricerca è espresso anche dai singoli Stati. Quello di New York di recente ha assegnato 16,6 milioni di dollari per cinque progetti di accumulo energetico a lunga durata e ha messo a disposizione altri 17 milioni di dollari per progetti che promuovono lo sviluppo di tecnologie di stoccaggio energetico a lunga durata, tra cui l’idrogeno. L’obiettivo è arrivare a installare 3 GW di stoccaggio di energia entro il 2030 per contribuire all’integrazione delle fonti rinnovabili. New York vuole arrivare a svilupparne 6 GW. Tra i progetti va segnalato quello condotto dalla Borrego Solar Systems finalizzato a sviluppare, progettare, costruire un sistema di energy storage basandosi sulla tecnologia ibrida di zinco e dimostrando che essa è economicamente competitiva con quella agli ioni di litio.

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