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Batterie al litio: come il sale e la sabbia potrebbero sostituirle

di Circularity

Data 01/09/2022
Tipo News
batterie al litio

Sappiamo tutti che il futuro dell’energia è nelle energie rinnovabili.  Nel 2020 sono state la fonte di energia più economica al mondo.  Ma come immagazzinare tutta l’energia che producono?  Non c’è sempre il sole e non c’è vento 24 ore su 24, quindi abbiamo bisogno di riserve. Abbiamo bisogno di batterie migliori. Finora, la soluzione dominante è stata quella delle batterie al litio.

Il problema del litio è che la sua estrazione inquina ed è causa di sfruttamento. Inoltre, le batterie al litio possono esplodere e non durano abbastanza. Infine, avremo bisogno di molta più capacità.  Quindi quali sono le nostre opzioni? Sale, acqua, gravità, aria molto calda, aria molto fredda ed enormi mucchi di sabbia possono venirci in aiuto. 

Le criticità delle batterie al litio

Prima di passare alle novità, dobbiamo parlare della batteria agli ioni di litio.  Si tratta del segmento di batterie in più rapida crescita al mondo. Le batterie al litio sono in grado di fornire una grande quantità di energia elettrica in brevi intervalli, per cui vengono utilizzate per l’elettronica di consumo e per le auto elettriche.  Inoltre, sono praticamente le uniche batteria che utilizziamo per immagazzinare energia rinnovabile su scala di rete. 

Ma l’estrazione del litio è problematica.  Il processo di estrazione prevede il pompaggio di depositi d’acqua sotterranei in superficie. Per produrre una tonnellata di litio se ne utilizzano circa 70.000 litri.  Più della metà delle risorse del pianeta si trova tra Argentina, Bolivia e Cile e la loro estrazione consuma il 65% delle già scarse riserve idriche della regione. 
Le batterie agli ioni di litio utilizzano anche il cobalto, che è costoso e viene estratto soprattutto nella Repubblica Democratica del Congo. È noto come questa attività sia legata a sfruttamento, utilizzo di minatori bambini e devastazione delle comunità locali. 

Le batterie al litio possono essere infiammabili. Inoltre, perdono capacità, quindi la longevità non è il loro forte.  Le batterie agli ioni di litio funzionano, ma non possono essere l’unica soluzione per immagazzinare energia, soprattutto su scala di rete.  Secondo l’AIE, entro il 2040 avremo bisogno di quasi 10.000 gigawattora di accumulo di energia in tutto il mondo per raggiungere gli obiettivi climatici.  Si tratta di una dimensione 50 volte superiore a quella del mercato attuale.

ACCUMULO IDROELETTRICO CON POMPAGGIO

Oggi è un’altra tecnologia, l’accumulo idroelettrico con pompaggio, a rappresentare il 96% della capacità di accumulo globale.  Questa si basa su principi gravitazionali piuttosto semplici: quando si ha un eccesso di energia, la si usa per pompare l’acqua in salita verso il serbatoio più alto.  Quando si vuole recuperare l’energia, si lascia che l’acqua scorra a valle e faccia girare un generatore a turbina.  Tuttavia, questi progetti sono difficili da costruire. Inoltre, molti di questi progetti funzionano all’interno di dighe idroelettriche convenzionali, che richiedono un grande capitale iniziale e danneggiano l’habitat locale. 

Le alternative sostenibili alle batterie di litio

Lo stoccaggio di energia rinnovabile richiederà molta più flessibilità e modularità rispetto ai bacini idrici.  Un’alternativa promettente proviene da qualcosa che si può trovare sul tavolo della propria cucina: Il sale

Il sodio è chimicamente simile al litio, essendo nello stesso gruppo della tavola periodica. Secondo Rosa Palacin, ricercatrice sulle batterie presso l’Istituto di Scienza dei Materiali di Barcellona, si tratta dell’alternativa più semplice perché imita la tecnologia delle batterie agli ioni di litio. Il sodio è però mille volte più abbondante, costa il 20-40% in meno e non è sensibile alle variazioni di temperatura.  Quindi, nessun problema di esplosione. Unico aspetto negativo, ha una densità energetica inferiore e quindi batterie più pesanti, motivo per cui non è stato commercializzato prima.  Se si tratta di una rete elettrica, però, questo non avrà molta importanza, dato che tutto è stazionario.  Sebbene batterie agli ioni di sodio siano già sul mercato, gli analisti prevedono che saranno prodotte su scala nei prossimi anni.
Sono in corso ricerche anche per le batterie al calcio, al magnesio e allo zinco, ma per queste la tecnologia è davvero a livello di dimostrazione in laboratorio. 

A proposito di sale, e se potessimo immagazzinare l’energia sotto forma di calore in un sale estremamente caldo?  È quello che la società “Malta” sta facendo negli Stati Uniti. Prendono l’energia elettrica generata dalle rinnovabili, come l’eolico o il solare, o semplicemente dalla rete, e la convertono in energia termica. 

Si è scoperto che il sale fuso è un ottimo conservatore di calore.  Assomiglia all’acqua e ha più o meno la stessa viscosità.  Ecco come funziona: quando viene generata elettricità in eccesso, l’energia viene utilizzata per riscaldare un grande serbatoio isolato di sale fuso a temperature molto elevate.  Un punto di fusione elevato significa che il sale può assorbire molta energia.  Perde poco di quel calore e può mantenerlo per oltre sei ore.  In confronto, le batterie al litio riescono a resistere solo per meno di quattro ore.  Quando la rete ha bisogno di energia, l’impianto riconverte il calore in elettricità attraverso una turbina.  Uno di questi impianti sarebbe sufficiente per una grande città, per almeno dieci ore.  Il primo impianto commerciale di Malta non debutterà prima del 2025.  Sebbene i costi dei materiali siano relativamente bassi e il sistema sia abbastanza scalabile, la sua efficienza è ancora inferiore a quella dell’idroelettrico e del litio.  La speranza è che il mercato lo renda fattibile

Le batterie di sabbia

È possibile fare qualcosa di simile con i cumuli di sabbia.  Due ragazzi finlandesi hanno deciso di utilizzare alcuni cumuli locali per risolvere uno dei maggiori problemi energetici della Finlandia: il riscaldamento.  Invece di convertire il calore in elettricità, lo utilizzano direttamente. 

“La capacità di accumulo è dell’ordine di 1.000 volte più economica di quella delle batterie al litio“, spiega Markku Ylönen, che ha co-fondato un’azienda che produce batterie a sabbia.  “Trasformiamo l’elettricità in calore.  Possiamo produrla in modo così economico da poter giocare con grandi volumi di energia”.  Quanta sabbia? 100 tonnellate di sabbia possono immagazzinare calore a circa 500-600°C per mesi.  Questo calore va poi direttamente a riscaldare gli edifici comunali.  Soprattutto, potrebbe fornire calore al settore dell’industria pesante, che è uno dei maggiori responsabili delle emissioni di gas serra.  Nei Paesi freddi, questa soluzione ha molto senso.  Attualmente l’azienda dispone di un sistema che riscalda Kankaanpää, una città del sud-ovest con una popolazione di 13.000 abitanti.  La batteria di sabbia da 100 tonnellate può tecnicamente rimanere calda per mesi, ma viene ricaricata in cicli di 2 settimane per mantenerla efficiente.  L’azienda sta anche cercando di procurarsi sabbia non utilizzata nell’industria edile, dato che anch’essa scarseggia, e punta a produrre batterie più grandi

Il futuro delle batterie

Teniamo presente che queste sono solo un paio di soluzioni. Ogni tecnologia presenta vantaggi e svantaggi, quindi deve trovare la sua applicazione specifica.  Gli investimenti si sono concentrati sulle nuove tecnologie per le batterie, spinti dal mercato dei veicoli elettrici.  Si prevede che il mercato globale su scala di rete crescerà del 25% all’anno fino al 2027.  Tra queste, il flusso redox sembra essere il più promettente.  Solo che non sono ancora commercialmente mature.  La verità è che non abbandoneremo gli ioni di litio tanto presto.  L’enorme domanda di auto elettriche significa che alcune delle tecnologie e delle efficienze in fase di sviluppo si riverseranno sulla rete.  La buona notizia e chegli investimenti ci sono.  La spesa per le batterie su scala di rete è aumentata di oltre il 60% nel 2020.  In fin dei conti, il costo è il fattore che più limita l’adozione di una nuova tecnologia.  Sarà il mercato a stabilire quanta strada hanno fatto e quanta ne faranno. 

Sapevate che anche le pietre possono essere utilizzate come accumulatori di energia?  A quanto pare la natura ha ogni sorta di soluzione per noi.  Dobbiamo solo capire come usarle correttamente.

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