Sfruttare la lignina di origine vegetale attraverso pionieristiche batterie organiche
Lo stoccaggio dell’energia è essenziale affinché sia possibile sfruttare in modo migliore le fonti di energia rinnovabile (FER). Le batterie a flusso redox (RFB, redox flow battery), un’opzione relativamente nuova, rappresentano una promettente alternativa alle batterie agli ioni di litio: esse sono infatti altamente modulari, più sicure e maggiormente scalabili, garantendo inoltre costi di manutenzione inferiori e maggiore durata del ciclo vitale e dell’autonomia di carica. Tuttavia, spesso per mantenere la temperatura di esercizio delle RFB è necessario un sistema di raffreddamento, in genere inteso a garantire un massimo di circa 40 °C per ottenere prestazioni ottimali. Oltre a diminuire l’efficienza energetica, questa esigenza determina un aumento della complessità, della spesa in conto capitale e dei costi operativi. Inoltre, la maggior parte delle RFB utilizza elettroliti a base di vanadio, un elemento facente parte delle materie prime critiche. Le RFB organiche, emerse nel 2009, costituiscono uno degli approcci più promettenti per sostenere una rete nella quale si sta verificando una crescente penetrazione di FER dal carattere fluttuante. Il progetto BALIHT, finanziato dall’UE, ha sviluppato una RFB organica dotata di un elettrolita a base di lignina in grado di incrementare le temperature di esercizio e l’efficienza energetica e di migliorare al contempo la sicurezza, la riciclabilità e l’efficacia in termini di costi.
Eliminare la necessità di raffreddamento delle RFB
La lignina, un biopolimero che si configura come uno dei principali componenti strutturali di piante e alberi, è una materia prima naturale e rinnovabile disponibile in abbondanza in qualità di derivato della produzione di cellulosa esistente. «La RFB organica di BALIHT impiega un elettrolita a base di lignina in soluzione acquosa, più sicuro ed ecologico rispetto ad altri che possono invece essere tossici o infiammabili. Essa può funzionare a temperature fino agli 80 °C garantendo un’efficienza energetica superiore del 20% rispetto alle attuali RFB organiche attualmente a disposizione, un vantaggio consentito dalle diverse innovazioni implementate», spiega Marta Pérez Argilés di AIMPLAS. Tra le nuove attrezzature vi sono strutture in plastica che consentono di raddoppiare la temperatura di deflessione del calore e migliorare la resistenza alla temperatura, dimezzando l’espansione rispetto a quella del materiale di riferimento. Esse sono inoltre completamente riciclabili e convenienti dal punto di vista economico. Per di più, i serbatoi flessibili mantengono la resistenza alla deformazione e presentano un’eccellente resistenza chimica, mentre i sensori stampati integrati hanno messo in mostra una perdita di elettroliti minima. Altro beneficio da notare riguarda il fatto che i rivestimenti innovativi in grado di operare a temperature più elevate facilitano il flusso dei liquidi e offrono buona resistenza chimica. Infine, «il sistema di gestione dell’energia progettato da BALIHT, dotato di un’interfaccia di facile utilizzo, ottimizza le risorse, i costi e gli asset flessibili ed è compatibile con altri tipi di batterie». È stato convalidato in ambienti in condizioni di calore nell’ambito di un uso intenso e multiciclo e si può adattare a qualsiasi progettazione di batteria, nonché a un ampio intervallo di temperature», aggiunge Pérez Argilés.
Sicurezza e sostenibilità sin dalla progettazione
Componenti essenziali dell’approccio di BALIHT sono stati una strategia basata sulla sicurezza e sulla sostenibilità sin dalla progettazione e una valutazione del ciclo di vita a livello sociale per affrontare gli impatti sociali nel corso della durata delle RFB. Oltre alle soluzioni elettrolitiche a base d’acqua, gli elettrodi e il legante idrosolubile consentono di recuperare i composti catodici dagli elettrodi esausti esclusivamente mediante l’utilizzo di acqua. Inoltre, gli elettrodi possono essere rigenerati con successo offrendo prestazioni paragonabili a quelle fornite dagli elettrodi originali e tecnologie meccaniche permettono di riciclare le piastre bipolari. «Nel complesso, i componenti di BALIHT soddisfano le normative europee in materia di salute, sicurezza e ambiente pertinenti e consentono una riciclabilità pari all’80%. Essi riducono altresì la dipendenza dalle materie prime critiche e migliorano i risultati in termini di performance sociale per quanto concerne la sicurezza del lavoro e sul posto di lavoro, nonché i salari. Tutto ciò evidenzia le numerose opportunità che la nostra RFB organica può sfruttare al fine di ottenere benefici sociali e ambientali», conclude Pérez Argilés. Un’ulteriore ottimizzazione e convalida in un ambiente industriale reale può spianare la strada per la commercializzazione dell’RFB organica e scalabile ad alte prestazioni di BALIHT, consentendo alla soluzione di generare un impatto significativo sugli obiettivi energetici e di sostenibilità fissati dall’UE.
Parole chiave
BALIHT, energia, RFB, RFB organica, elettrolita, lignina, batterie a flusso redox, vanadio, sistema di gestione dell’energia, sostenibile sin dalla progettazione
