In questi ultimi mesi su QualEnergia abbiamo presentato diverse iniziative industriali italiane basate su innovazioni che, invece di rimanere nei cassetti, sono riuscite ad arrivare sul mercato.
Parliamo ad esempio dello storage a CO2 liquida, di elettrodi innovativi per batterie a flusso e di batterie al sodio, tutti progetti realizzati sul suolo patrio.
Adesso arriva un’altra notizia positiva che conferma come forse siamo all’inizio di un trend in cui imprenditori e ricercatori italiani uniscono le forze e, approfittando degli strumenti finanziari messi a disposizione da pubblico e privato, provano a occupare quelle nicchie di mercato offerte dalla transizione ecologica, ma lasciate ancora scoperte dall’industria cinese.
Questa volta si tratta di un nuovo tipo di batteria messa a punto dalla azienda trentina Green Energy Storage (GES): una batteria a flusso.
Le batterie a flusso sono quelle in cui gli elementi che reagiscono, catturando e rilasciando le cariche elettriche, non sono contenuti nella batteria stessa ma in serbatoi separati, il cui volume è proporzionale alla capacità della batteria, mentre la reazione di ossidoriduzione avviene in una pila di contenitori, lo stack, il cui numero è proporzionale alla potenza della batteria.
Insomma, nelle batterie a flusso si può aumentare separatamente la potenza o la capacità, aggiungendo economici serbatoi o unità dello stack, con un grande risparmio rispetto alle batterie convenzionali, dove le due caratteristiche sono fisse e inseparabili nell’unità di accumulo.
Le batterie a flusso più usate oggi usano sali di vanadio oppure sali di zinco e bromo.
“Noi abbiamo deciso di proporre una combinazione del tutto inedita sul mercato: una batteria a flusso dove reagiscono sali di manganese in soluzione acquosa e idrogeno in forma gassosa: una Mn-H2, insomma”, ci spiega il Ceo di GES, Matteo Mazzotta (nella foto)
In questa batteria in fase di carica al polo negativo solfato di manganese in soluzione acquosa viene ossidato a biossido di manganese, mentre dall’acqua si libera idrogeno gassoso che viene pompato in una bombola.
In fase di scarica, l’idrogeno reagisce con il manganese, riportandolo in soluzione come solfato e formando acqua.
“GES lavora a questa soluzione fin dal 2015, partendo da pubblicazioni scientifiche e brevetti sull’uso di questa inedita ‘coppia elettrolitica’ in una batteria a flusso, ma fissando anche alcuni paletti sulle caratteristiche di base di questo accumulatore: doveva essere flessibile e versatile per coprire una vasta gamma di esigenze di storage; doveva essere competitivo quanto a costi e longevità; doveva essere realizzato con tecnologie semplici, subito industrializzabili; doveva usare solo materiali sostenibili e a basso impatto ambientale; infine, doveva usare solo tecnologie e risorse ottenibili in Europa, che non ci rendessero dipendenti dall’estero”, elenca Mazzotta.
Questi paletti hanno reso molto lungo il percorso per arrivare al prodotto finale e hanno anche obbligato a complessi ripensamenti sulla tecnologia.
“Per esempio – ci dice il Ceo di GES – a un certo punto abbiamo scartato i chinoni come ‘portatori di idrogeno’, perché sono per lo più a base di petrolio e il settore industriale che li produce è piccolo e in gran parte cinese, inadatto a una produzione su larga scala. Inoltre, i brevetti necessari erano americani e non volevamo dipendere da loro. Alla fine, però, questi stessi paletti ci hanno condotto a un prodotto veramente eccezionale, sia per il bassissimo impatto ambientale, manganese e idrogeno sono elementi comuni, non tossici, molto economici e producibili in Europa, sia per la durata prevista, misurata in decenni”.
Ingegner Mazzotta, ma la batteria Mn-H2 è difficile da produrre?
“No, l’unico elemento tecnologicamente complesso è l’unità dello stack: contiene una speciale membrana, i componenti per interfacciare la parte liquida con quella gassosa e quelli per convogliare gli elettroni coinvolti nelle reazioni. Quella parte prevediamo di produrla noi. Il resto è invece molto semplice: serbatoi per liquidi, bombole standard per idrogeno a 200 bar, tubi e pompe. Tutte cose già presenti sul mercato. Il fato che poi sia una batteria a flusso, consentirà al cliente di assemblarsi a volontà il proprio impianto ideale, scegliendo il volume dei serbatoi e la grandezza dello stack, per avere la capacità e di potenza che gli serve. Una sorta di Lego dell’accumulo”.
La batteria Mn-H2 potrebbe essere usata per l’accumulo stagionale, una nicchia per ora quasi priva di soluzioni?
“Sì, perché idrogeno e soluzione di manganese sono conservati in due contenitori separati e questo elimina l’autoscarica che affligge le batterie convenzionali. La nostra batteria Mn-H2 può caricarsi d’estate con gli eccessi di generazione del fotovoltaico e cedere poi la sua energia in inverno, quando mancano sole e vento, e quqndo il prezzo dell’elettricità, come sta accedendo proprio in questi giorni, va alle stelle. In pratica con una batteria Mn-H2 si possono coprire periodi di stoccaggio dalle 6 ore ai mesi”.
E sareste competitivi rispetto alle batterie esistenti?
“Direi proprio di sì. Abbiamo un costo di stoccaggio nel corso della vita, il cosiddetto LCOS, considerando un minimo di 10.000 cicli carica/scarica, di appena 0,02 €/kWh. Considerate che l’obiettivo del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti era quello di arrivare a 0,05 $/kWh al 2030.
E per quanto riguarda le altre chimiche?
“Sia le batterie al litio e al sodio, che quelle a flusso al vanadio o al bromo, hanno un LCOS fra 0,10 e 0,20 $/kWh, quindi circa 5-10 volte maggiore del nostro, oltre ad essere meno sostenibili e spesso con risorse non disponibili in Europa. Le batterie al vanadio, inoltre, avendo un basso voltaggio di funzionamento, richiedono molto più superficie occupata a parità di capacità: la nostra batteria può accumulare 1,2 MWh di energia in un container di 6 metri. Le batterie che usano bromo hanno invece tutti i problemi legati all’alta corrosività e tossicità di questo elemento. GES l’aveva considerato al posto dell’idrogeno, ma poi ci ha rinunciato per le difficoltà di uso che comporta”.
Secondo voi quale batteria potrebbe competere con la vostra in quanto a costi e sostenibilità?
“Una tecnologia è quella delle batterie al ferro-aria. Ma la cosa non ci preoccupa, il mercato da coprire è enorme, e sicuramente non ci sarà una sola tecnologia pigliatutto”.
Anche l’idrogeno, però ha i suoi problemi di stoccaggio e sicurezza, oltre a complicare la batteria per la necessità di gestire un gas, invece di un liquido…
“Questo è vero, ma bisogna anche dire che i progetti per l’uso di idrogeno gassoso come vettore energetico nell’accumulo, nei trasporti e nell’industria, hanno portato sul mercato tutte le soluzioni tecnologiche che ci servivano, abbassandone anche i prezzi”.
Allora perché non usare solo l’idrogeno per l’accumulo, semplificando il tutto?
“Perché l’efficienza del ciclo di accumulo con l’idrogeno è minore del 50%, quello della nostra batteria arriva al 75%, molto alta per una batteria a flusso. Inoltre, elettrolizzatore e celle a combustibile richiedono costosi catalizzatori di platino o iridio, mentre la nostra batteria ne fa a meno”.
Ma come avete fatto ad andare avanti dieci anni su questo progetto, senza produrre nulla?
“Abbiamo convinto della sua bontà sia 800 privati, diventati nostri soci attraverso campagne di crowdfunding, sia istituzioni nazionali ed europee, che hanno riconosciuto il nostro progetto come strategico, e anche banche che ci supportano in attesa dell’arrivo dei fondi pubblici assegnati. Al momento abbiamo una dozzina di ricercatori italiani ed europei al lavoro per perfezionare i nostri prototipi in vista delle prima prove sul campo. Già molte aziende e utility si sono fatte avanti per avere batterie Mn-H2 presso i loro impianti. Siamo convinti che entro la fine del 2026 le vedremo finalmente all’opera fuori dal laboratorio”.
