La nuova tecnologia delle batterie immagazzina elettricità da fonti rinnovabili per garantire l’autosufficienza europea
Una grande sfida per le comunità che producono e consumano (prosumatori) la propria energia rinnovabile è la sua natura intermittente a seconda delle condizioni del vento o delle ore di luce del giorno. La risposta è accoppiare la produzione con la tecnologia delle batterie, ma questa soluzione attualmente dipende fortemente dal litio e dal cobalto importati dall’Asia. Il progetto EnergyKeeper, finanziato dall’UE, ha progettato, costruito e testato una batteria di flusso nuova, scalabile, sostenibile e competitiva in termini di costi basata su materiali organici redox attivi. «Abbiamo fatto progredire la tecnologia di una batteria di flusso redox (RFB, redox flow battery) sulla base di elettroliti organici dal laboratorio al prototipo», afferma Virginijus Radziukynas, coordinatore del progetto. I membri del consorzio hanno progettato, costruito e dimostrato una RFB da 30 kW priva di metallo con una capacità di 100 kWh in un ambiente reale. «Il sistema di gestione interoperabile della batteria ha consentito l’integrazione plug and play della stessa in una rete intelligente. Un sistema di controllo della rete intelligente di nuova concezione, comprendente dispositivi di misurazione avanzati, ha consentito l’interazione affidabile di fonti di energia rinnovabile, RFB, caricabatterie per veicoli elettrici e consumatori di potenza variabile», aggiunge Tobias Janoschka, responsabile tecnico del progetto. Allo stesso tempo, EnergyKeeper ha sviluppato modelli di business per i consumatori e le comunità di prosumatori con RFB. «La loro logica aziendale è stata trasposta in logica operativa grid-in e convalidata nel sito di prova. Infine, abbiamo elaborato una serie di raccomandazioni per la politica energetica europea che riflettono le soluzioni del progetto», riferisce Radziukynas.
Nuovi materiali sviluppati
I partner del progetto hanno mostrato la prima installazione al mondo di una RFB senza metallo in una rete intelligente nel sito di prova di ACRRES a Lelystad, nei Paesi Bassi. La dimostrazione della batteria di dimensioni reali ha dimostrato che le batterie di flusso libero in metallo sono pronte per essere utilizzate in maniera diffusa nella realizzazione di progetti di infrastrutture energetiche moderne. L’architettura della rete intelligente sviluppata e il suo sistema di comunicazione, monitoraggio e controllo hanno garantito un’interazione ottimale tra l’unità di controllo di rete locale e il sistema di gestione della batteria. «La tecnologia della batteria è stata notevolmente ottimizzata per avvicinarsi alla soglia commerciale come sistema di archiviazione scalabile, sostenibile e competitivo in termini di costi», osserva Olaf Conrad, responsabile dello sfruttamento del progetto. La ricerca ha utilizzato un modello elettrochimico di dinamica dei fluidi computazionale accoppiato per consentire di prevedere le caratteristiche della RFB in funzione delle proprietà del materiale attivo, del flusso di elettroliti e delle densità di corrente. Secondo Janoschka: «Il modello ha mostrato che il flusso era uniforme su quasi tutta la lunghezza degli elettrodi studiati e che anche il flusso suddiviso in celle diverse era relativamente uniforme. Abbiamo inoltre sviluppato nuovi materiali organici attivi che sostituiranno i metalli delle batterie convenzionali».
La risposta dell’Europa
L’uso di RFB prive di metallo e la loro interoperabilità in una rete intelligente apriranno la strada all’industrializzazione di questa tecnologia innovativa, il che renderà l’Europa meno dipendente dalle batterie al litio e al cobalto provenienti dall’Asia in quanto tutti i componenti della batteria (compresi i materiali di stoccaggio attivi) possono essere realizzati in Europa. Ciò avrà un notevole impatto positivo lungo l’intera catena del valore della produzione manifatturiera ed elettrica. La batteria è adatta per le comunità che desiderano sfruttare l’energia che producono e consumano e che gestiscono modelli di business dell’energia. «Le RFB scalabili collegate a reti a bassa e media tensione aumenteranno la flessibilità, la controllabilità e la capacità di stoccaggio delle reti a beneficio degli operatori di rete e delle imprese produttrici di energia», osserva Radziukynas. Le comunità di archiviazione collettiva con RFB organiche prive di metallo dovrebbero apparire nel medio termine. «Attraverso l’aggregazione dei loro carichi (ricarica della batteria) e la generazione (scarica della batteria), le comunità entreranno nei mercati all’ingrosso, al dettaglio, del bilanciamento e dei servizi accessori, compresi quelli transfrontalieri e relativi al commercio peer-to-peer», conclude Radziukynas.
Parole chiave
EnergyKeeper, rete intelligente, energia rinnovabile, litio, cobalto, sistema di gestione della batteria, batteria di flusso redox
