Efficienti tecnologie di storage per colmare il gap fra offerta e domanda di energia

In assenza di azioni decisive, le emissioni di anidride carbonica raddoppieranno prima del 2050 e l'aumento della domanda di combustibili fossili provocherà crescenti tensioni politiche connesse alla stabilità delle forniture.

di Luca Longo 28-08-15
La crescente domanda energetica mondiale sta portando il problema dell'approvvigionamento di fonti di energia e del loro impiego a un livello insostenibile dal punto di vista economico, ambientale e sociale. In assenza di azioni decisive, le emissioni di anidride carbonica raddoppieranno prima del 2050 e l'aumento della domanda di combustibili fossili provocherà crescenti tensioni politiche connesse alla stabilità delle forniture.

Diversi organismi sovranazionali stanno sensibilizzando i governi perché questi avviino una rivoluzione energetica verso tecnologie energetiche a bassa emissione di CO2. Per questo, ogni settore scientifico e industriale è coinvolto nella ricerca di tecnologie più efficienti per l'approvvigionamento, lo stoccaggio, il trasporto e l'uso di energia.

In particolare, le tecnologie di accumulo e conservazione dell'energia (storage) possono dare un contributo decisivo all'ottimizzazione delle reti energetiche elettriche e termiche e possono giocare un ruolo cruciale nel raggiungimento degli obiettivi di contenimento delle emissioni di CO2.

I sistemi di stoccaggio energetico sono in grado di accumulare energia e di conservarla prima di renderla di nuovo disponibile quando è necessario alimentare sistemi utilizzatori. Le tecnologie di stoccaggio possono migliorare l'efficienza d'uso delle risorse, integrare risorse energetiche a disponibilità discontinua (solare, eolico, maree, … ) con la variabilità del fabbisogno energetico industriale e civile ed, in ultima analisi, migliorare l'accesso all'energia e la stabilità, flessibilità e affidabilità delle griglie di distribuzione. Inoltre, quando vengono collegate con infrastrutture di distribuzione, possono colmare gap geografici fra luoghi di produzione e di fabbisogno energetico.

Le tecnologie di stoccaggio possono essere classificate per dimensioni, dai piccoli accumulatori che alimentano dispositivi mobili alle grandi infrastrutture accoppiate con centrali elettriche di varia natura, oppure per il tempo medio di stoccaggio, che può essere, ad esempio, giornaliero per i dispositivi mobili, settimanale per i mezzi di locomozione o annuale per compensare le variazioni termiche e di illuminazione stagionale. Inoltre, possono essere impiegate per gestire momentanei surplus o carenze nella rete oppure per arbitraggi che sfruttano le variazioni dei prezzi in funzione della disponibilità di risorse energetiche.

Mentre alcune tecnologie di stoccaggio hanno raggiunto un livello di maturità, la maggior parte è ancora nei primi stadi di sviluppo e attualmente, a causa degli elevati costi di installazione e di esercizio, è ancora in competizione con tecnologie che non prevedono stoccaggio.

Attualmente, gli impianti di stoccaggio elettrico più diffusi su scala dell'ordine dei MegaWatt o GigaWatt sono quelli basati su bacini idrici posti a differenti quote e collegati da pompe idrauliche (Pumped Storage Hydropower, PSH) che sollevano acqua quando c'è un surplus energetico per farla ricadere in turbina quando la domanda supera l'offerta della griglia. Tecniche industriali alternative sono quelle basate sulla compressione di aria (Compressed Air Energy Storage CAES) o su grandi volani che immagazzinano energia rotazionale (Flywheel Energy Storage, FES).

Su scala individuale, le tecnologie dominanti sono le batterie allo stato solido che sfruttano reazioni di ossidoriduzione fra reattivi presenti agli elettrodi. Le reazioni chimiche sono reversibili e possono accumulare energia chimica quando si fornisce energia alla batteria per poi liberarla quando necessario permettendo la reazione contraria.

Eni ha individuato i maggiori limiti tecnologici attuali proprio nella scala intermedia fra grandi impianti industriali e piccoli dispositivi individuali ed ha selezionato partner universitari per la ricerca in questo settore (fra i quali il Politecnico di Milano e l'Università di Padova) insieme a partner industriali per lo sviluppo dei prototipi.

La ricerca Eni si svolge presso il dipartimento Energia Solare del Centro Ricerche per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente presso Novara e si concentra nella ricerca di soluzioni innovative nell'ambito delle batterie a flusso.

Questa tecnologia viene considerata tra le più promettenti innanzitutto per il suo livello attuale di sviluppo (esistono già sistemi sperimentali che ne dimostrano la fattibilità, ma la ricerca è ancora in una fase iniziale), ma soprattutto per la possibilità di separare la componente di potenza (cella) dalla componente di accumulo dell'energia (serbatoi). Questo disaccoppiamento comporta tra l’altro un dimensionamento più flessibile ed adattabile all’applicazione specifica. Inoltre, l’elevato numero di cicli cui può essere sottoposta ne fa una delle tecnologie più competitive in termini di costo livellato dell'energia accumulata.

Il lavoro che Eni e i suoi partner accademici stanno svolgendo in questo ambito è essenzialmente indirizzato all’individuazione di nuove coppie di componenti chimiche di ossidoriduzione - alternative a quelle comunemente utilizzate - che garantiscano una buona densità energetica, un stabilità chimica prolungata e un costo accessibile, oltre a requisiti di sicurezza e sostenibilità. Inoltre la parte sperimentale prevede un’analisi approfondita degli elettrodi utilizzati nelle batterie al Vanadio allo scopo di trovare nuove soluzioni vantaggiose in termini di densità di corrente.

Infatti, la possibilità di avere correnti più elevate all’interno della batteria mantenendo comunque efficienze globali elevate (> 80%), è uno dei maggiori obiettivi che è necessario conseguire per ottenere la diminuzione dei costi del sistema. Altri elementi di studio importanti (membrana a scambio ionico, layout cella, fluidodinamica in cella) sono oggetto di collaborazioni con partner industriali (fra questi Proxhima s.r.l. che, insieme a Electro Power Systems già ha dimostrato che il nostro Paese può offrire competenze elevate anche in questo settore).

È in progetto un primo sistema di batteria a flusso che verrà realizzato presso il centro di Novara e quindi collegato all'esistente impianto fotovoltaico. Mentre, con le unità operative di Eni, sono in corso studi su sistemi di stoccaggio abbinati al fotovoltaico per la realizzazione di impianti modulari che andranno ad alimentare nuovi sistemi di disinquinamento del territorio e delle falde.

In conclusione, ora i governi hanno il compito di accelerare lo sviluppo e la commercializzazione di efficienti tecnologie di accumulo energetico, individuando e supportando quelle che si dimostrano più efficienti ed eliminando le distorsioni di prezzi ed equilibrando le agevolazioni fiscali che le sfavoriscono.

Efficienti tecnologie di stoccaggio possono supportare l'evoluzione delle infrastrutture di approvvigionamento e distribuzione dell'energia, ma per questo è necessario che politici, centri di ricerca, industrie e azionisti lavorino insieme per superare gli attuali vincoli tecnologici, industriali e finanziari.

(MO)