Nanotubi al carbonio per immagazzinare energia

Un supercapacitore sulle turbine eoliche, nelle metropolitane e, soprattutto, nelle auto ibride per immagazzinare e rilasciare molta energia e in poco tempo. Da alcuni giornali italiani erroneamente descritto come una “superbatteria” è uno strumento che promette di rivoluzionare questi ambiti di applicazione. A svilupparlo il trentaduenne ricercatore italiano Riccardo Signorelli (nella foto), che ha portato a termine il progetto con la sua equipe al MIT di Boston, grazie a finanziamenti per 5,3 milioni di dollari erogati dal governo americano e per 2 milioni da investitori privati.

Il prototipo di supercapacitore di Signorelli usa minuscole strutture di nanotubi al carbonio per immagazzinare energia. Funziona in base a un principio fisico, non elettrochimico, come le batterie, e per questo può caricarsi e scaricarsi istantaneamente, fino a un milione di volte. Le pareti dei tubi hanno uno spessore di soli 12 atomi e sono capaci di immagazzinare nei numerosissime interstizi particelle cariche di energia. Visto il tipo di connessione fisica, l’immagazzinamento avviene in maniera quasi istantanea, comportando un’altissima densità di potenza. L’obiettivo del progetto è la commercializzazione entro il 2012.

Chiediamo a Riccardo Signorelli quali cambiamenti promette il suo nuovo supercapacitore.

Innanzitutto chiariamo la differenza tra una batteria, un capacitore e un supercapacitore.

La batteria immagazzina energia seguendo un principio elettrochimico. Il capacitore lo fa secondo un principio elettrico, attraverso l’utilizzo di materiali isolanti. Nel supercapacitore, che funziona in base a un principio fisico, vengono utilizzati dei materiali a elevata porosità ed elevato  assorbimento. Nei normali capacitori gli elettrodi sono planari, nei supercapacitori ci sono parti composte di materiale spugnoso, grazie a queste superfici e all’utilizzo di un elettrolita liquido, la capacità di immagazzinare energia è mille volte maggiore di un capacitore normale.

Il supercapacitore è dunque uno strumento migliore della batteria?

Dipende. Come capacità di immagazzinamento di energia, la batteria rende di più, ma il supercapacitore è molto più potente. Rilascia più potenza a minuto, rispetto a una batteria.

E’ come se la batteria fosse un fondista e il supercapacitore un centometrista?

Esattamente. La differenza, poi, è favorevole al supercapacitore anche nella longevità. Se pensiamo ai cicli di carica e scaricamento, questo raggiunge dai 100mila a un milione di cicli. La batteria non arriva a 100mila.

Ma ci sono ancora dei limiti da superare.

I costi sono ancora troppo elevati e la capacità di immagazzinamento troppo limitata, pari a circa il 5% di una batteria convenzionale.

Ed è qui che arriva la novità del vostro prototipo di supercapacitore.

La nostra innovazione aumenta la potenza, abbatte i costi e migliora la capacità di immagazzinare energia, portandola a 3-4 volte rispetto agli altri supercapacitori.

Perché è così importante?

Per poter utilizzare il supercapacitore nei veicoli, la sfida è proprio quella di ridurre i costi, il peso, e aumentarne la robustezza, intesa come abilità a funzionare in ambienti duri, sottoposti a sbalzi termici elevati.

Quali sono gli ambiti di utilizzo dei supercapacitori?

Attualmente vengono utilizzati per le pale eoliche. In quelle grandi c’è bisogno di inclinare leggermente le pale quando il vento è troppo forte, e per fare un’operazione così, che richiede molta potenza per breve tempo, il supercapacitore è lo strumento ideale. Alcune compagnie cominciano ad integrarli nelle metropolitane. Visto che i convogli si fermano per poco tempo, 30 secondi circa, e ripartono, i supercapacitori danno la possibilità di immagazzinare e utilizzare la potenza prodotta. Ma l’applicazione per cui stiamo lavorando noi è soprattutto quella delle veicoli di trasporto ibridi.

Perché fa riferimento solo a veicoli ibridi?

Il supercapacitore può essere montato accanto al motore a combustione o a una normale batteria elettrica ed essere sfruttato per accumulare energia durante le frenate e per le ripartenze, permettendo un risparmio di carburante, ad esempio, del 30%.

Ma questa funzione viene già svolta in alcune auto ibride con batterie.

Si, ma le batterie, essendo sovradimensionate, hanno una resa inferiore al supercapacitore. Inoltre attualmente le auto ibride richiedono un investimento, rispetto ad una normale auto a carburante, che viene ripagato con i risparmi sul consumo solo dopo 8-9 anni. E questo le rende poco convenienti.

E voi su cosa puntate?

Noi stiamo lavorando per rendere il supercapacitore più piccolo, leggero ed economico, in modo da permettere a chi acquista il veicolo di recuperare l’investimento iniziale in 2-3 anni, senza finanziamenti governativi.

Però niente auto elettriche a base di soli supercapacitori.

Per quanto riguarda i veicoli elettrici, per avere un’autonomia di 300-400 km, la batteria è più indicata. Ma possiamo rendere il supercapacitore complementare alla batteria in un veicolo, in modo che oltre ad aumentare il risparmio energetico allunghi anche la durata della batteria stessa, perché il capacitore sarebbe quello che lavora di più. L’obiettivo è ottenere un sistema che abbia la stessa durata di sopravvivenza dell’auto.

Quali sono i vostri tempi per la commercializzazione del vostro prototipo?

Nei prossimi mesi produrremo la nostra prima generazione di supercapacitori. Stiamo lavorando con alcune case automobilistiche. In un primo tempo li metteremo in commercio solo per applicazioni industriali. Nel 2012-2013 vorremmo renderlo disponibile per i veicoli.

Da quanto tempo lavorate a questo progetto?

Ci lavoriamo al MIT dal 2003. Nel 2008 sono arrivati i fondi dal governo americano, precisamente dal Dipartimento dell’energia. Nel 2010 si sono aggiunti fondi privati dallo Stato del Massachusetts.

In Italia una sinergia del genere sulla ricerca sembra un miraggio …

In Italia c’è un enorme patrimonio umano con idee creative, alto valore ingegneristico e attenzione anche alle attività commerciali. La questione è: c’è possibilità di avere finanziamenti dallo Stato per queste ricerche? Ho incontrato anche investitori italiani e non vedo perché non si debba aprire anche in questo paese un settore imprenditoriale di questo tipo. Il ruolo dell’imprenditoria è fondamentale per lo la ricerca.

Dopo il disastro nucleare in Giappone, in molti discutono della necessità di puntare di più sulle rinnovabili.

Sono un sostenitore dell’energia rinnovabile. In Italia ad esempio punterei molto sul geotermico. Anche l’efficienza energetica è molto importante. Risparmiare il 30-40% con un sistema come quello del supercapacitore mi sembra significativo.