Uno dei nei delle energie rinnovabili e’ lo stoccaggio dell’energia prodotta in modo discontinuo. Adesso, le prime batterie di flusso composte senza metalli costosi potrebbero rivoluzionare il settore abbattendone i costi. A realizzarle e’ stato un gruppo internazionale di ricercatori coordinato dall’Universita’ di Harvard che ha pubblicato il proprio studio sulla rivista scientifica Nature.
La soluzione innovativa presenta molti benefici, come la modularita’, ma utilizza metalli elettro-attivi piuttosto costosi. Per aggirare l’ostacolo, i ricercatori statunitensi hanno sostituito questi materiali con delle molecole organiche economiche facili da produrre, i chinoni. La soluzione non garantisce le stesse prestazioni delle batterie di flusso tradizionali ma apre la strada a eventuali sviluppi futuri per realizzare una nuova generazione di accumulatori di energia efficienti.
Le batterie di flusso funzionano pompando diverse sostanze chimiche su due elettrodi separati da una membrana. I protoni passano attraverso la membrana mentre gli elettroni viaggiano lungo il circuito che collega gli elettrodi, andando a scaricare la batteria. Invertendo la reazione, si puo’ caricare la batteria. Nelle batterie di flusso, gli elementi elettro-attivi sono alloggiati in serbatoi esterni di liquidi che, combinati insieme, producono elettricita’.
Il grande vantaggio delle batterie di flusso consiste proprio nel fatto che le sostanze chimiche possono essere immagazzinate in serbatoi che sono montati al di fuori del complesso della batteria. L’aumento della capacita’ di una batteria e’ semplicemente una questione di costruire dei serbatoi piu’ grandi, rendendo le batterie di flusso particolarmente adatte per lo stoccaggio di energia su larga scala.
"Ora abbiamo una buona possibilita’ di risolvere quel problema", dice Michael Aziz, uno scienziato presso la Harvard University di Cambridge, in Massachusetts. La sua soluzione e’ una batteria di flusso che eroga energia ad alta densita’ senza necessita’ di sfruttare metalli costosi.
Le batterie di flusso commerciali piu’ avanzate si affidano agli ioni di vanadio. Solo una manciata di batterie di flusso agli ioni di vanadio sono in funzione in tutto il mondo, e lo scorso anno, in Giappone, dove l’energia solare e’ in aumento, la Hokkaido Electric Power Company ha ordinato la batteria di flusso al vanadio piu’ grande del mondo. La batteria dovrebbe essere pronta nel 2015.
Una sostanza che puo’ equiparare le prestazioni fornite dal vanadio, ma che costa di meno, e’ il chinone. Il chinone e’ economico e non necessita di particolari processi per poter funzionare con la batteria di flusso. Aziz, in un primo test, ha quindi abbinato meta’ batteria di flusso col chinone con un catodo che alterna bromo e acido bromidrico.
La potenza raccolta dal sole e dal vento puo’ essere trasformata in gigawatt ed immessa nelle reti elettriche sotto forma di energia elettrica. Cio’ rende sempre piu’ importante trovare un modo efficace e conveniente per immagazzinare energia rinnovabile, trasformarla, ed utilizzarla. Uno dei punti che impediscono alle energie rinnovabili di prendere il sopravvento e’ lo stoccaggio dell’energia prodotta in modo discontinuo.
La reazione chinone-idrochinone, circa 1.000 volte piu’ veloce rispetto alla reazione di vanadio rivale, permette alla batteria di caricarsi e scaricarsi velocemente. E, cambiando alcuni gruppi chimici del chinone, Aziz puo’ alterare la loro solubilita’ e anche la tensione della batteria di flusso, aumentandone le prestazioni. A seguito di alcuni test, e’ risultato che la batteria ha completato 100 cicli di carica-scarica con nessun segno di degrado (anche se un sistema commerciale avrebbe probabilmente bisogno di almeno 10.000 cicli).
Aziz calcola che la sua batteria di flusso potrebbe conservare un kilowattora di energia prodotta al costo di 27 dollari – un terzo del prezzo richiesto col sistema al vanadio. Ulteriori miglioramenti potrebbero renderla competitiva con le altre tecnologie per la memorizzazione di grandi quantita’ di energia , come l’aria compressa.
"Immaginate un dispositivo delle dimensioni di un serbatoio di combustibile per il riscaldamento della casa posizionato nel seminterrato", ha spiegato Michael Marshak, un altro membro del team di Harvard. "Immagazzinerebbe l’energia di un giorno dei pannelli solari sul tetto della vostra casa, e potenzialmente fornirebbe abbastanza energia per alimentare la vostra casa a partire dal tardo pomeriggio, nel corso della notte e fino alla mattina successiva, senza bruciare alcun combustibile fossile".
"Immaginate un dispositivo delle dimensioni di un serbatoio di combustibile per il riscaldamento della casa posizionato nel seminterrato", ha spiegato Michael Marshak, un altro membro del team di Harvard. "Immagazzinerebbe l’energia di un giorno dei pannelli solari sul tetto della vostra casa, e potenzialmente fornirebbe abbastanza energia per alimentare la vostra casa a partire dal tardo pomeriggio, nel corso della notte e fino alla mattina successiva, senza bruciare alcun combustibile fossile".
Il prossimo passo sara’ probabilmente quello di riuscire a produrre una batteria in grado di immagazzinare 24 kWh di energia (all’incirca quanto prodotto in 8 ore da un comune pannello fotovoltaico), per poi passare a dispositivi con una capacita’ maggiore.
Trovare un modo efficiente ed economico per poter immagazzinare l’energia, e quindi usarla nei momenti di necessita’, rappresenta un enorme ostacolo da superare prima di poter fare affidamento alle fonti rinnovabili. Gli eccessi prodotti nella notte dall’eolico oppure le "cadute" del solare a causa delle nuvole hanno infatti bisogno di un efficace sistema di immagazzinamento capace di sopperire alle richieste di energia. Una delle piu’ promettenti strade in questo settore potrebbe essere quella delle batterie di flusso, in cui gli elementi elettro-attivi sono alloggiati in serbatoi esterni di liquidi che combinati insieme producono elettricita’.
