Batterie più ecologiche grazie a un approccio computazionale
Sono in corso sforzi congiunti volti ad aumentare la quantità di energia rinnovabile disponibile per la rete; per garantirne il successo, tuttavia, sono necessarie nuove modalità di stoccaggio dell’energia che consentano di compensare i periodi caratterizzati da assenza di vento o presenza di poca luce solare. Una tecnologia che ha mostrato potenzialità in questo senso è quella delle batterie a flusso redox (RFB, redox flow battery), in cui l’energia viene immagazzinata nel liquido e può essere rilasciata in base all’incremento della domanda. Si tratta di una soluzione che potrebbe contribuire a rendere le fonti di energia rinnovabile più adattabili alle esigenze della rete.
Ottimizzare l’identificazione dei materiali organici
«Una sfida fondamentale, tuttavia, risiede nel fatto che la maggior parte dei materiali utilizzati per la produzione di RFB (metalli come ad esempio il vanadio) non sono disponibili nell’UE», osserva Jens Noack, coordinatore del progetto SONAR e ricercatore presso l’organizzazione tedesca Fraunhofer Society. «Se vogliamo garantire la sostenibilità dell’approvvigionamento energetico, dobbiamo trovare materiali organici disponibili in abbondanza.» L’obiettivo del progetto SONAR, finanziato dall’UE, era quindi quello di scoprire come ottimizzare l’identificazione di materiali organici abbondanti e vitali che potessero poi essere utilizzati per produrre RFB. A tal fine, il progetto ha riunito istituzioni accademiche, partner industriali, produttori di materiali ed esperti di tecniche computazionali. SONAR ha applicato metodi computazionali per realizzare uno screening ad alto rendimento di potenziali materiali candidati. «La motivazione era accelerare il processo di ricerca conducendo gli screening iniziali al computer», spiega Noack. «I candidati promettenti possono quindi essere sintetizzati in laboratorio.»
Un approccio lineare per lo screening ad alto rendimento
SONAR ha sviluppato dei dimostratori online che ha successivamente reso liberamente disponibili per evidenziare le potenzialità di questo approccio computazionale. Il progetto ha quindi creato diversi componenti e modelli che possono essere combinati per dare vita a un approccio lineare di screening ad alto rendimento. «Abbiamo sviluppato dei dimostratori per lavorare su diverse scale e affrontare diversi problemi», aggiunge Noack. «Partiamo dalla scala quantistica per giungere a quella di rete, passando per la scala degli elettrodi.» Gli approcci computazionali introdotti da SONAR riguardano anche la stima delle reazioni dell’elettrodo, responsabili della maggior parte delle perdite di energia e di efficienza, nonché di quelle del sito. «È necessario prendere in considerazione tutti questi aspetti», afferma Noack. «Se riusciamo a identificare le potenziali reazioni del sito sin dalle fasi iniziali, possiamo verificare in anticipo la fattibilità economica o meno di un determinato materiale.» Sono stati concepiti altri modelli economici che consentono agli sviluppatori di calcolare il costo potenziale associato all’utilizzo di particolari materiali RFB a livello di rete. «Il fattore in ultima istanza determinante è il costo complessivo», osserva Noack.
Identificare materiali organici disponibili in abbondanza
Lo screening ad alto rendimento consente agli utenti di effettuare uno screening di potenziali materiali organici in tempo reale, senza dover ricorrere a test di laboratorio. Secondo quanto ritenuto da Noack, la modellizzazione computazionale su scala quantistica interesserà soprattutto gli accademici e i ricercatori, ovvero individui che desiderano allargare i confini della conoscenza, mentre i modelli analitici tecno-economici saranno invece più appetibili per i soggetti industriali, che voglio comprendere quali materiali dispongano di maggiori probabilità di risultare validi a livello commerciale. Il progetto SONAR ha ottenuto entrambi questi risultati, sviluppando un processo modulare ad alto rendimento che può ora essere utilizzato allo scopo di identificare materiali organici che siano disponibili in abbondanza. «La prossima fase da compiere è quella di cercare i possibili materiali candidati», aggiunge Noack, che conclude: «Ed è esattamente quello che stiamo programmando di realizzare.»
Parole chiave
SONAR, batterie, batterie a flusso redox, energia, organico, redox, quantistico, elettrodo
