Accumulare energia da fonti rinnovabili in batterie sufficientemente capienti ed efficienti è uno dei nodi che la ricerca sta cercando di sciogliere per cercare di accelerare la transizione ecologica. L'approvvigionamento delle materie prime e lo smaltimento degli accumulatori, poi, costituiscono l’altra faccia della medaglia.

Un team di ricerca dell’Istituto italiano di tecnologia (IIT), in collaborazione con Enel Green Power e la start-up BeDimensional (nata dall’Istituto genovese) ha sviluppato nuovi elettrodi al grafene per batterie a flusso al vanadio, che convertono direttamente l’energia chimica in elettrica, con un’efficienza energetica del 94%. Un bel passo in avanti, se consideriamo che il livello di efficienza medio delle batterie attualmente in commercio si aggira attorno all’80%. Questa tecnologia, opportunamente brevettata, permetterà di immagazzinare in modo più efficiente la produzione di eolico e fotovoltaico. Lo studio è stato pubblicato recentemente sulla rivista internazionale Chemistry of Materials.

Lo sviluppo di batterie a flusso al vanadio, con alta densità di potenza e altissima efficienza energetica, è considerato cruciale per il futuro dello stoccaggio dell’energia in sistemi stazionari. Rispetto ai metodi tradizionali, per l’immagazzinamento energetico da fonti rinnovabili le batterie al vanadio sono anche più sostenibili e sicure. Il vanadio, infatti, può essere recuperato dagli scarti della produzione industriale di acciaio o dai sottoprodotti delle combustioni delle centrali termoelettriche. Per il litio, invece, l’elemento chimico più utilizzato negli accumulatori tradizionali, il processo di estrazione è sempre meno sostenibile. E ancora: le batterie al vanadio godono di un sistema di funzionamento con meno criticità per sovraccarico o surriscaldamento e non necessitano di complicati sistemi di controllo per garantirne la sicurezza.

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“Le batterie a flusso immagazzinano l’energia in veri e propri serbatoi”, spiega Francesco Bonaccorso, fondatore e direttore scientifico di BeDimensional, ricercatore IIT e coordinatore del team di ricerca, “e per questa ragione non sono dispositivi adatti ad alimentare direttamente i nostri smartphone o computer. Però garantiscono alte capacità e rispondono velocemente a variazioni e picchi di carico. Sono batterie ideali per stoccare l'energia convertita da fonti rinnovabili”. Con questa innovazione “siamo riusciti ad aumentare la superficie catalitica di un elettrodo commerciale di grafite, attraverso la sua impregnazione con una soluzione liquida contenente grafene e un trattamento al plasma combinato di ossigeno e azoto, migliorando significativamente l'efficienza energetica del dispositivo”, continua Bonaccorso.

Il passo successivo sarà l’industrializzazione del processo sperimentale: i primi impianti stanno venendo alla luce. Bonaccorso li elenca e getta lo sguardo in avanti: “a San Diego in California è in corso un piccolo progetto di 2 megawatt; a Osaka, Giappone, un altro esempio pionieristico. Grandi investimenti su questa tecnologia in Corea del Sud e Arabia Saudita. In Cina sono stati installati diversi impianti pilota e nella città portuale di Dalian sta per essere inaugurato il più grande sito al mondo con accumulatori a flusso per lo stoccaggio di 200 megawatt di energia”. Nel prossimo futuro si punterà a impianti della capacità di 2 o 3 gigawatt.

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Nicola Rossi, responsabile innovazione di Enel Green Power, sottolinea l’impegno della sua azienda nella ricerca: “l’integrazione di sistemi di stoccaggio energetico negli impianti rinnovabili è un elemento chiave del nostro piano industriale e un fattore indispensabile per la crescita delle rinnovabili stesse. Nei prossimi dieci anni prevediamo di istallare 20 gigawatt di sistemi di storage su scala globale”. Rossi assicura un approccio innovativo a 360 gradi: “cerchiamo di proiettarci in avanti valutando – in collaborazione con istituti come IIT, start-up e aziende leader nel settore – nuove soluzioni adatte a fornire durate di stoccaggio più lunghe rispetto alle 2-3 ore delle batterie al litio, sempre più necessarie con l’aumento previsto della penetrazione delle rinnovabili”. Nel mirino di Enel Green Power ci sono “tecnologie basate su principi elettrochimici, ma anche tecnologie che si fondano su principi fisici diversi, ad esempio stoccaggi di tipo termico con aria liquefatta o di tipo gravitazionale”. L’obiettivo è ottenere soluzioni competitive dal punto di vista tecnico-economico, ma al tempo stesso sostenibili, circolari e sicure per l’ambiente e gli utilizzatori.

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In particolare, la collaborazione tra Enel Green Power e IIT, con il successivo ingresso della start-up BeDimensional, dovrebbe consentire di mettere sul mercato le nuove batterie a flusso al vanadio entro i prossimi tre anni, per contribuire a potenziare i sistemi di raccolta di energia rinnovabile, come previsto dal Piano nazionale di ripresa e resilienza.