Strane soluzioni di stoccaggio dell’energia potrebbero aiutare la rete a diventare rinnovabile

Conosciamo tutti le batterie. Che si parli di AA usa e getta nel telecomando della TV o di strutture giganti piene di celle ricaricabili per immagazzinare energia per la rete, fanno parte della nostra vita quotidiana e sono ben compresi.

Tuttavia, nuove tecnologie per immagazzinare energia sono all’orizzonte per scopi di stoccaggio in rete, e sono molto diverse dalle normali batterie a cui siamo abituati. Queste tecnologie sono fondamentali per sfruttare al massimo le fonti di energia rinnovabile, come l’energia solare ed eolica, che non sono sempre disponibili. Diamo un'occhiata ad alcune di queste idee e al modo in cui cambiano radicalmente ciò che consideriamo una "batteria".

Normalmente, le batterie che utilizziamo sono costituite da un involucro di metallo o plastica con all'interno dell'elettrolita, inserito tra gli elettrodi. Di solito, l'elettrolito è sotto forma di pasta o gel e, a tutti gli effetti, consideriamo le batterie come un oggetto tipicamente solido, anche se sono appiccicose all'interno.

Le batterie a flusso di ferro funzionano in modo completamente diverso. Usano elettrolita liquido che viene pompato in una batteria secondo necessità per generare elettricità. L'elettrolita è costituito da ioni ferro in soluzione, tipicamente sotto forma di soluzioni acquose come cloruro di ferro o solfato di ferro.

I materiali tipici degli elettrodi sono carbonio sia per il lato positivo che per quello negativo, con la batteria costruita come due semicelle con un separatore poroso in mezzo. Quando la batteria viene caricata, gli ioni ferro (II) vengono ossidati nella semicella positiva, cedendo elettroni per diventare ioni ferro (III). Nella semicella negativa, gli ioni ferro (II) acquistano elettroni per diventare ferro (0), con la placcatura di ferro metallico sull'elettrodo negativo stesso. Quando la batteria viene scaricata in un carico, queste reazioni si svolgono al contrario, con il metallo sull'elettrodo negativo della semicella che ritorna in soluzione.

Le batterie a flusso di ferro hanno il vantaggio di ridimensionarsi. È possibile costruire facilmente serbatoi e celle più grandi, il che è ideale per le applicazioni di rete in cui si desidera immagazzinare molti megawattora di energia. Un ulteriore vantaggio è la durata del ciclo di una batteria a flusso di ferro, misurata tra 10.000 e 20.000 cicli. Si tratta di un ordine di grandezza migliore rispetto alla maggior parte delle celle agli ioni di litio e garantisce alle batterie a flusso di ferro una durata operativa dell'ordine di 10-20 anni, o anche di più.

Anche le sostanze chimiche coinvolte sono economiche e facilmente disponibili: il ferro e i suoi sali sono facili da reperire quasi ovunque nel mondo. C’è poca richiesta per i metalli delle terre rare che sono fondamentali per la produzione di celle agli ioni di litio di fascia alta. Inoltre, anche le sostanze chimiche utilizzate sono sicure: non c'è nulla in una batteria a flusso di ferro che possa esplodere o prendere fuoco come altre tecnologie.

Tuttavia, la batteria a flusso di ferro presenta alcuni inconvenienti. La tecnologia semplicemente non ha la densità di potenza delle batterie agli ioni di litio, quindi è necessario più spazio per costruire una batteria in grado di fornire la stessa potenza. Inoltre, a causa della reazione di placcatura sull'elettrodo negativo, la batteria a flusso di ferro non si ridimensiona così come alcuni altri progetti teorici. Altre batterie a flusso richiedono solo più elettrolita per continuare a produrre energia, e la dimensione degli elettrodi non è importante a questo riguardo. Inoltre, mentre la tecnologia immagazzina l’energia elettrica direttamente in senso chimico, le batterie a flusso di ferro sono ancora in genere meno efficienti dello stoccaggio idroelettrico mediante pompaggio, presupponendo che sia disponibile un terreno adatto. Tuttavia, metodi avanzati di stoccaggio idroelettrico possono contrastare questo requisito.

Oggi le aziende stanno sviluppando la tecnologia per applicazioni nel mondo reale. Le batterie a flusso delle dimensioni di un container di aziende come ESS sono disponibili con capacità fino a 500 kWh, con potenze in uscita sufficientemente elevate da alimentare decine di case per un periodo di 12 ore. L'impilamento di più unità in un'unica installazione aumenta la capacità in base alle necessità. Si rivolgono al mercato dello stoccaggio cosiddetto “a lungo termine”, per immagazzinare energia nell'ordine delle 4-24 ore. Ciò li rende ideali per casi d'uso come l'accumulo di energia durante i picchi solari giornalieri per l'utilizzo nelle ore notturne buie.