La produzione di energia da fonti rinnovabili è essenziale per la decarbonizzazione ma richiede lo sviluppo di soluzioni avanzate di accumulo dell'energia. A differenza dei combustibili fossili che offrono un modo versatile di produrre energia elettrica e termica adattando l'offerta alla domanda, le fonti rinnovabili generano energia in modo più irregolare.

Ecco perché è essenziale immagazzinare l'energia nei tempi di produzione di punta e utilizzarla quando la resa è ridotta, per ottenere prestazioni energetiche più stabili da sistemi alimentati da fonti rinnovabili. Oltre alle batterie al litio di ultima generazione, sono in fase di test nuovi sistemi di accumulo, quindi vedremo le 3 tecnologie di accumulo di energia più promettenti.

Immagazzinamento di energia elettrica nelle celle a idrogeno

Le celle a idrogeno sono una valida alternativa alle batterie agli ioni di litio per lo stoccaggio di energia elettrica e diverse aziende stanno lavorando sulla tecnologia. Una possibile soluzione è un sistema di celle di idrogeno ibrido ad alta densità di energia, che contiene idrogeno e un elettrolita liquido. Questo sistema può autoprodurre l'idrogeno necessario per far funzionare il circuito chiuso, offrendo costi di stoccaggio competitivi e una vita utile di 15-20 anni.

Un'altra soluzione in fase di test è una cella di idrogeno e nichel, che utilizza gas idrogeno come elettrolita e idruri metallici come materiali per l'anodo e catodo. Vi sono ancora molti problemi da risolvere con le celle metallo-idrogeno, in particolare gli elevati costi e la complessità del processo di produzione. Tuttavia, alcune aziende affermano che possono produrre sistemi di accumulo di energia con questa tecnologia che offrirà un'efficienza di almeno l'88% e una durata fino a 20 anni o 30.000 cicli.

Accumulo di energia in aria compressa

Un'altra tecnologia promettente per lo stoccaggio dell'energia è lo stoccaggio dell'aria compressa. CAES (Compressed Air Energy Storage) e LAES (Liquid Air Energy Storage) sono due soluzioni di accumulo di energia molto simili. In CAES, viene utilizzata solo aria compressa, mentre LAES utilizza aria compressa che viene raffreddata fino a liquefarsi, ma entrambi i tipi funzionano in modo molto simile.

Il sistema CAES accumula l'energia prodotta da fonti rinnovabili per comprimere l'aria e la immagazzina in un serbatoio specifico, utilizzando compressori e un generatore a turbina. Pertanto, quando la domanda di energia è molto elevata e supera la capacità del sistema, l'aria compressa immagazzinata alimenta le turbine e consente di aumentare la produzione di energia elettrica senza ricorrere al gas. I sistemi CAES hanno una lunga durata, un'elevata capacità di stoccaggio e bassi costi, oltre a contribuire a stabilizzare la rete elettrica.

La tecnologia LAES consente inoltre di immagazzinare energia per periodi più lunghi rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio. Questi sistemi funzionano utilizzando un processo di refrigerazione per trasformare l'aria presente nell'ambiente in aria liquida, che viene conservata in un serbatoio. Durante il picco della domanda di energia elettrica, l'aria liquida viene pompata da un sistema ad alta pressione, utilizzando questo gas compresso per alimentare una turbina e produrre energia elettrica. A differenza dei sistemi CAES, i sistemi LAES non hanno bisogno di serbatoi naturali difficili da trovare, come le caverne sotterranee.

Sistemi di accumulo di energia termica

L'accumulo di energia elettrica è una priorità nel campo dell'accumulo di energia poiché la maggior parte dei sistemi alimentati da energia prodotta da fonti rinnovabili produce elettricità. Oltre alle celle a idrogeno e ai sistemi ad aria compressa, esistono molti progetti in questo settore, come le batterie a stato solido, in cui gli elettroliti sono solidi piuttosto che liquidi, le batterie a carbonio di zinco ad alta densità energetica e il litiole batterie allo zolfo e al grafene progettate per ridurre i costi delle batterie al litio e diminuire la dipendenza dagli elementi delle terre rare.

Allo stesso tempo vengono studiati anche i sistemi di accumulo di energia termica. Si tratta di tecnologie in grado di convertire l'energia elettrica in calore, che viene immagazzinato e riconvertito in energia elettrica quando necessario. Questi sistemi funzionano come una pompa di calore, che ottiene energia termica dall'elettricità e utilizza il calore naturale nell'aria, nell'acqua o nel sottosuolo. I sistemi più semplici, invece, utilizzano una resistenza elettrica e trasferiscono il calore attraverso l'effetto Joule (il passaggio di parte dell'energia elettrica attraverso un conduttore per produrre energia termica).

L'energia può essere immagazzinata in vari modi, ad esempio utilizzando letti di sabbia fluida, sali fusi o sistemi solidi che utilizzano roccia e cemento speciali. Negli ultimi anni, il prezzo ridotto del litio ha accelerato la diffusione delle batterie per lo stoccaggio dell'energia, tuttavia, le nuove tecnologie di stoccaggio dell'energia contribuiranno ulteriormente alla transizione energetica e allo sviluppo delle energie rinnovabili. Queste soluzioni mirano a una maggiore sostenibilità ambientale per i sistemi di accumulo dell'energia, una maggiore durata e maggiore efficienza con costi inferiori.