Stoccaggio dell’energia a basso costo: una possibile soluzione di svolta dal MIT

sistemi_accumulo_hox7lxE’ indubbio che l’”uovo di colombo” nei futuri sistemi energetici è trovare un modo economico per stoccare grandi quantità di energia, in maniera da compensare la discontinuità tipica nella produzione da rinnovabili non programmabili come eolico e fotovoltaico. Dai laboratori del MIT di Boston, arriva una nuova tecnologia che si propone come valida alternativa ai limiti insiti nelle batterie tradizionali, ideali come sistemi di accumulo, per la loro rapidità di risposta, la grande efficienza e la semplicità d’uso, ma purtroppo ancora carissime e con ancora grandi limitazioni di capacità. La nuova linea di ricerca del MIT è orientata verso le batterie a flusso, già presenti in alcune tecnologie come quelle basate sul vanadio (tecnologia CellCube di GILDEMEISTER Vn-Redox vedi). Si tratta di batterie a flusso, un mix tra una normale batteria e una cella a combustibile, dove la reazione elettrochimica che produce elettricità, non avviene fra elettrodi solidi, come per esempio piastre di zinco e rame, ma fra due “elettrodi liquidi” di differente potenziale elettrochimico, fatti fluire sui due lati di una membrana. Queste sostanze, ad esempio soluzioni di sali di vanadio, come l’esempio commerciale già citato precedentemente, quando vengono avvicinate fra loro, reagiscono cedendo e accettando elettroni, ma dal momento che i due liquidi sono separati da una membrana impermeabile agli elettroni, questi ultimi passano attraverso un circuito esterno, producendo corrente, 220px-Vanadium_battery.svgdove quindi la carica di una batteria a flusso è funzione della riserva di elettroliti “freschi” di cui dispone (vedi schema di principio a destra-Fonte Wikipedia). Anche se il volume è limitato, gli elettroliti possono essere sottoposti a rigenerazione, facendo funzionare la batteria al contrario, con un flusso di elettricità dall’esterno, che li riporta allo stato iniziale. Il quesito che nasce spontaneo è costituito dal perché non si è ancora assistito ad un autentico boom di questa tipologia di batterie, che trova una risposta nell’alto costo e nella fragilità della membrana impiegata fino ad oggi che è sottoposta facilmente a rotture, soprattutto quando si tentano di utilizzare elettroliti più economici, ma più aggressivi, dei sali di vanadio. Ed è proprio su questo punto che si è concentrata la ricerca del MIT, nell’ambito del quale, un gruppo di ingegneri, coordinati da Cullen Buie, è riuscito a realizzare un prototipo di cella a flusso che prevede addirittura l’eliminazione della membrana, usando all’interno delle nuove batterie due liquidi, una soluzione di bromo, decisamente più economico del vanadio e una di idrogeno, che vengono pompati attraverso un canale tra i due elettrodi per generare delle reazioni elettrochimiche che servono a produrre e immagazzinare energia. Al catodo della cella viene fatto scorrere bromo liquido, mentre nell’anodo poroso fluisce idrogeno, interposto tra i due un flusso di battteria MIT_0acido idrobromico, che è il risultato della reazione fra i due elementi. Con un’opportuna progettazione del canale e dei flussi (vedi immagine a sinistra), i due reagenti liquidi, bromo e acido idrobromico, scorrono uno sopra l’altro, senza mescolarsi e, visto che l’acido idrobromico non fa passare gli elettroni, il flusso di questi fra idrogeno e bromo, deve scorrere all’esterno della cella, creando nuovo acido idrobromico in fase di scarica, e nuovo bromo e idrogeno in fase di carica. Il prototipo di cella sperimentale realizzato al MIT, delle dimensioni non più grandi di un palmo della mano, ha una densità di carica 10 volte superiore a quella di una batteria al litio, con un costo industriale che è stimato essere di ben 10 volte inferiore. Secondo il coordinatore della linea di ricerca Buie, “in produzione industriale e su grande scala la nuova tecnologia dovrebbe permettere di realizzare un sistema di accumulo da un MWh per soli 100.000 dollari, un livello di costo che viene indicato la soglia necessaria per innescare l’uso di accumulo massivo di elettricità solare ed eolica, da parte delle utilities“. Il gruppo di ricerca del MIT ha anche sviluppato un modello matematico che descrive le reazioni chimiche che avvengono all’interno della batteria. Secondo le loro elaborazioni, il dispositivo potrebbe produrre energia a 100 dollari per kilowattora, un costo considerato appetibile per le società di servizi pubblici secondo gli esperti del Dipartimento per l’energia degli Stati Uniti.

Sauro Secci

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