L’accumulo di energia rinnovabile richiede batteria dalla chimica completamente nuova
C’è molto da fare sul fronte climatico. I delegati presenti alla conferenza sul clima in Egitto stanno ancora negoziando su obiettivi climatici e accordi finanziari. Un argomento di cui dovremmo tutti parlare di più sono le batterie.
Sono ossessionata dalle batterie e seguo da vicino ogni prodotto chimico alternativo che si affaccia sul mercato dell’accumulo di energia. Alcuni di questi nuovi prodotti potrebbero rivelarsi più economici (e in vari modi, migliori) delle batterie agli ioni di litio che rappresentano attualmente lo standard del settore.
Perché abbiamo bisogno di nuove batterie
Il mondo si sta preparando alla necessità di utilizzare e immagazzinare le energie rinnovabili, in particolare l’energia solare ed eolica, dalla natura particolarmente incostante. Abbiamo bisogno di immagazzinare energia in maniera efficace.
Nel 2020, l’energia idroelettrica è arrivata a rappresentare oltre il 90% dello stoccaggio di energia rinnovabile mondiale. Sebbene l’energia idroelettrica sia un modo economico ed efficace per immagazzinare energia, si accompagna a complicazioni ambientali e grandi vincoli su dove può essere installata, in quanto richiede grandi masse d’acqua.
Le batterie costituiscono il grosso della restante capacità di accumulo di energia ed è probabile che la situazione non cambi per decenni. Al giorno d’oggi, le batterie agli ioni di litio (come quelle utilizzate in cellulari o veicoli elettrici) sono le più comuni.
Nel corso di decenni di sviluppo e ridimensionamento, queste batterie sono diventate sempre più economiche e facili da produrre. Nuove Gigafabbriche di batterie sembrano spuntare ovunque nel mondo di settimana in settimana.
Ma ci sono alcune discrepanze tra i punti di forza delle batterie agli ioni di litio e ciò che è necessario nelle batterie utilizzate alla creazione di sistemi di accumulo di energia stazionari.
- Costo: lo stoccaggio di rete su scala deve essere estremamente economico per rendere le energie rinnovabili accessibili. L’anno scorso, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha fissato l’obiettivo https://www.energy.gov/eere/long-duration-storage-shot di ridurre i costi del 90% entro il 2030. Le batterie agli ioni di litio sono diventate più economiche nel corso degli anni, ma i guadagni potrebbero stabilizzarsi, soprattutto a fronte di una prevedibile scarsità di materiale previste
- Dimensioni: le batterie agli ioni di litio accumulano molta energia in uno spazio ridotto. Ma per quanto importante possa essere la dimensione di una batteria per prodotti come telefoni e automobili, non è così cruciale per lo stoccaggio di energia di rete su scala. Compromettere la densità energetica per le applicazioni stazionarie potrebbe portare ad una riduzione nei costi.
- Durata: gli impianti industriali spesso installano apparecchiature che, se ben curate, durano per decenni. Le batterie agli ioni di litio in genere devono essere sostituite ogni 5-10 anni, il che può essere costoso.
Il contributo dei sali caldi
Con la discrepanza tra le batterie agli ioni di litio e le nostre future esigenze di accumulo di energia, sembra che tutti stiano lavorando a un modo alternativo per immagazzinare energia. Solo nell’ultimo anno, ho descritto batterie ferro-aria e ferro-flusso, batterie in plastica e persino le operazioni di una startup che utilizza anidride carbonica compressa per immagazzinare energia.
Ora, un’altra tecnologia sta facendo il salto dal mondo della ricerca al mondo commerciale: il sale fuso
Ambri è una startup dell’area di Boston che sta costruendo batterie ai sali fusi da calcio e antimonio. La società ha recentemente annunciato un progetto dimostrativo che implementa l’accumulo di energia per i data center Microsoft e l’anno scorso ha raccolto oltre 140 milioni di dollari per costruire la sua capacità produttiva.
La società afferma che la sua tecnologia potrebbe essere del 30-50% più economica nel corso della sua vita rispetto a un sistema equivalente agli ioni di litio. Le batterie al sale fuso possono anche superare l’80% di efficienza, il che significa che una quantità relativamente bassa di energia utilizzata per caricare la batteria viene persa per il calore.
Ambri è stata fondata nel 2010 sulla base di una ricerca del laboratorio di Donald Sadoway al MIT. L’obiettivo era sviluppare un prodotto a basso costo per il mercato dello storage fisso, afferma David Bradwell, fondatore e CTO dell’azienda.
L’ispirazione è venuta da un luogo improbabile: la produzione di alluminio. Usando reazioni chimiche simili a quelle utilizzate per la fusione dell’alluminio, il team ha costruito un sistema di accumulo di energia su scala di laboratorio a basso costo. Ma trasformare questo concetto in un prodotto reale non è stato così semplice.
La chimica a base di magnesio e antimonio con cui l’azienda ha iniziato si è rivelata difficile da produrre. Nel 2015, dopo i continui problemi con i sigilli delle batterie, Ambri ha licenziato un quarto del suo personale ed è tornata al tavolo da disegno.
Nel 2017, l’azienda ha adottato un nuovo approccio per le sue batterie, utilizzando calcio e antimonio. La nuova chimica si basa su materiali più economici e dovrebbe rivelarsi più semplice da produrre, afferma Bradwell. A paartire da questo momento di svolta, la società ha risolto problemi tecnici e fatto progressi nella commercializzazione, superando test di sicurezza di terze parti e firmando i suoi primi accordi commerciali, incluso quello di Microsoft.
Ci sono ancora grandi sfide da affrontare per la startup. Le batterie funzionano a temperature elevate, superiori a 500°C (circa 900°F), il che limita i materiali che possono essere utilizzati per realizzarle. E il passaggio da singole celle della batteria, che hanno all’incirca le dimensioni di un cestino per il pranzo, a enormi sistemi delle dimensioni di un container può presentare sfide nei controlli di sistema e nella logistica.
Questo per non parlare dell’implementazione di un prodotto nel mondo reale significa “affrontare le cose del mondo reale che accadono”, come afferma Bradwell. Tutto, dai fulmini ai roditori, può mettere in difficoltà un nuovo sistema di batterie.
Almeno una cosa è cambiata negli ultimi dieci anni: il mercato. Gli investitori e persino gli osservatori occasionali erano soliti respingere nuovi progetti per immagazzinare energia, afferma Bradwell. Ora, l’unica domanda sembra essere quanto velocemente l’industria può crescere.
Ci vorrà del tempo prima che Ambri e altri nuovi gruppi di batterie ridimensionino la produzione e dimostrino che saranno un’alternativa praticabile e conveniente alle batterie esistenti. Come dice Bradwell, “il viaggio continua”.
Immagine: Il sistema di accumulo di energia Microsoft. Ambri
