I progetti per togliere i metalli rari dalle batterie (e ridurre la dipendenza dalla Cina)

La ricerca scientifica nel campo delle batterie si sta concentrando sulla sostituzione dei metalli rari con alternative più economiche – le chimiche al litio-ferro-fosfato anziché al nichel-manganese-cobalto; le batterie al sodio anziché al litio – in modo da ridurre il costo della transizione ecologica e il rischio della dipendenza dalla Cina. Pechino è il paese dominante nella raffinazione di pressoché tutti i minerali critici. L’innovazione più dirompente è quella della batteria allo stato solido, potente, piccola e sicura. In alcuni casi, però, si sta prendendo ispirazione dalle civiltà antiche per cercare di sviluppare accumulatori fatti di materiali naturali abbondanti e abbordabili.

L’idea è di sfruttare il sale o la sabbia, ad esempio, per conservare il surplus di energia prodotto dagli impianti eolici e fotovoltaici – incostanti poiché dipendenti dal meteo – in forma di calore. Oggi, infatti, manca ancora una tecnologia economica e in grado di stoccare l’energia rinnovabile per lunghi periodi di tempo: le batterie agli ioni di litio, le più diffuse, costano tanto, rischiano di prendere fuoco e soprattutto hanno una capacità di stoccaggio limitata a qualche ora.

La situazione:

1. Le batterie naturali, antiche e moderne
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L’intuizione delle batterie termiche naturali arriva da lontano. Gli antichi egizi costruivano le case in mattoni di terra (fatti di terriccio, argilla, sabbia e acqua) in modo che i muri “intrappolassero” il calore del Sole durante il giorno e lo rilasciassero nelle notti fredde. I popoli indigeni d’America facevano la stessa cosa con l’adobe (argilla, sabbia, acqua e paglia). Le moderne batterie naturali riprendono questa caratteristica e la evolvono in soluzioni ben più avanguardistiche, eppure semplici all’apparenza.

In Finlandia l’azienda Polar Night Energy ha costruito una batteria di sabbia, ovvero un sistema che prima converte in calore l’elettricità generata dai pannelli solari e dalle turbine eoliche grazie a dei resistori; dopodiché conserva questo calore in un grande contenitore isolato pieno di sabbia. La sabbia – che può provenire da un deposito naturale ma anche da un cantiere dismesso – viene mantenuta costantemente a una temperatura di oltre 500 gradi Celsius, in modo da essere sempre “carica” per restituire energia alla rete, andando così a riscaldare e illuminare gli edifici. L’intero impianto è supportato da una serie di valvole e sensori di monitoraggio.

La batteria di Polar Night Energy funziona anche di notte perché la sabbia rimane calda (va da un minimo di 100°C a un massimo di 600°C, grossomodo) e riesce a mantenere il calore per mesi. La startup danese Hyme ha sviluppato invece una soluzione di stoccaggio dell’elettricità rinnovabile in calore a base di sali fusi, riscaldati a 700°C e conservati per giorni. All’occorrenza, il calore viene trasferito dai sali all’acqua e diventa vapore, destinabile alle fabbriche o alla generazione elettrica. La materia prima della batteria di Hyme è sostenibile e abbondante, visto che i sali fusi si ricavano dall’acqua salata.

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In Italia, vicino Arezzo, Enel ha un progetto di accumulo termico nelle rocce frammentate. Il sistema, chiamato Tes, è abbinato alla centrale a gas di Santa Barbara ma è proiettato all’immagazzinamento dell’energia rinnovabile. Funziona secondo un ciclo di carica e scarica: nella prima fase, il vapore generato dalla centrale passa attraverso dei tubi per riscaldare le rocce; nella seconda fase, il calore accumulato viene rilasciato.

Questo calore può essere ceduto direttamente alle industrie, in modo da decarbonizzare (quando la fonte energetica d’origine sarà a emissioni zero) i processi non alimentabili con l’elettricità. Oppure può essere utilizzato per riscaldare l’acqua e generare vapore, che servirà a produrre elettricità. Tes può stoccare fino a 24 megawattora di calore, a 550°C, per cinque ore. Il vantaggio della tecnologia, oltre alla doppia possibilità di output, è che non necessita di materiali rari.

Sempre in Italia, l’azienda milanese Energy Dome possiede a Ottana, in Sardegna, un sistema di batterie di CO₂ che richiedono soltanto acciaio, acqua e anidride carbonica. L’impianto si presenta alla vista come una grande cupola sigillata (dome, appunto) contenente CO₂. Il gas viene compresso e condensato in liquido, che funge da “contenitore” di energia vista la sua elevata densità energetica; anche il calore generato durante la compressione viene catturato e conservato per l’utilizzo in un secondo momento. Quando c’è bisogno di energia, infatti, il calore fa evaporare la CO₂ liquida, che si espande e attiva una turbina che genera elettricità. Il tutto senza alcuna emissione in atmosfera perché il processo è a circuito chiuso: l’anidride carbonica allo stato gassoso viene cioè riportata nella cupola, per un nuovo ciclo di scarica.

Le batterie termiche naturali sono promettenti ma devono, per affermarsi, dimostrare di essere affidabili e replicabili commercialmente su larga scala. Per le loro caratteristiche, comunque, sembrano essere in grado di contribuire alla sicurezza della transizione energetica, garantendo la necessaria diversificazione tecnologica dai sistemi di accumulo elettrochimico (le batterie comunemente intese, agli ioni di litio) e una parziale emancipazione dalla geopolitica (non contengono materia rara controllata da pochi governi, ma sabbia e sale).