Una batteria a composti organici: sarà sviluppata in Italia

Giovedì, 12 Ottobre 2017
Alessandro Codegoni
Un nuovo tipo di batterie a flusso che utilizza composti organici, come i chinoni, per l’accumulo stazionario di elettricità. Acquistati da Green Energy Storage i diritti del brevetto dell’Università di Harvard. Come funziona questa batteria, i finanziamenti e il progetto per arrivare alla sua industrializzazione.
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Un anno fa avevamo annunciato l’invenzione all’Università di Harvard di un nuovo tipo di batterie a flusso che utilizza composti organici economici e biodegradabili per l’accumulo di elettricità.

Non ci aspettavamo però proprio che questa invenzione sarebbe poi stata sviluppata non in Usa o in Cina, ma in Italia.

«Si tratta di un percorso inverso a quello che troppo spesso accade nel nostro paese: innovazioni create qui, che poi, per mancanza di capitali e interesse, finiscono per dare il loro frutti industriali in altri paesi», ci spiega il fisico Luigi Crema, direttore di una delle unità di ricerca della fondazione trentina Bruno Kessler, un ente di ricerca scientifica senza fini di lucro.

«Questa volta italiani hanno acquistato il brevetto dell’Università di Harvard, frutto del lavoro di due grandi ricercatori come Michael Aziz e Roy Gordon, e l’hanno portato qui per creare un prodotto industriale, di cui avremo poi l’esclusiva per l’intera Europa».

Come funziona

Il prodotto in questione è una batteria a flusso che usa come elettroliti composti organici della famiglia dei chinoni.

Le batterie a flusso sono dispositivi di accumulo dove la carica elettrica non è conservata in un solido, come nei normali accumulatori, ma in una soluzione liquida, che la rilascia passando in una cella divisa in due da una membrana a scambio protonico (come quella delle celle a combustibile), sul cui altro lato scorre un soluzione diversa, in grado di accettare quella carica elettrica.

La membrana lascia passare gli ioni positivi, ma impedisce il flusso degli elettroni, che sono così costretti a seguire un percorso esterno, alimentando un circuito elettrico.

La ricarica inverte il passaggio delle cariche fra gli elettroliti, ripristinando il loro stato originario.

Le batterie a flusso finora costruite, e in alcuni casi già in commercio, utilizzano soluzioni di sali metallici (vanadio, zinco) come trasportatori della carica elettrica, con tutti i problemi di costo, scarsità, tossicità e difficoltà di smaltimento, che questo comporta.

La batteria ideata ad Harvard, invece, utilizza composti chimici organici chiamati appunto chinoni, di cui esiste una infinita varietà, e che sono per lo più non tossici, biodegradabili, presenti nelle piante e già in uso in farmaci, cosmetici e reagenti chimici.

La batteria di Harvard, per esempio, usa l’acido 9,10-antrachinone-2,7-disulfonico, che, nonostante il nome inquietante, è simile a uno dei principi attivi del rabarbaro.

Il progetto e i finanziamenti

Così l’imprenditore Salvatore Pinto, laureato in Ingegneria Elettronica e attualmente Presidente e Amministratore Delegato di Axpo Italia ed Axpo Gas, parte di Axpo Group distributore di elettricità in Svizzera, Italia e altri 29 paesi, ha acquistato, fondando la Green Energy Storage, i diritti di questo brevetto per l’Europa.

Inoltre, convinto da 3 milioni di euro concessi dalla Provincia di Trento, è venuto a svilupparlo industrialmente alla Fondazione Kessler, con la collaborazione delle Industrie De Nora, un’azienda italiana leader europeo degli elettrodi per batterie.

A questi fondi si sono poi aggiunti 2 milioni di euro di un finanziamento europeo  Horizon 2020, che ha coinvolto anche il gruppo della professoressa Silvia Licoccia, dell’Università di Tor Vergata, e altri partner europei, e un altro milione di euro raccolto con un crowdfunding , sulla piattaforma Mamacrowd, che è oggi chiuso avendo raggiunto il suo obbiettivo, e che ha segnato il record di raccolta in crowdfunding per l’Italia.

Ma, perché questa idea ha incontrato così tanto successo?

«Probabilmente per il suo essere un sistema di accumulo energetico massivo, un componente cruciale per il mondo a rinnovabili di domani, veramente “verde”, cioè riciclabile e biocompatibile, e al tempo stesso, avendo ottime chance di competere sul mercato con le batterie al litio, anche se non certo nel campo automotive dove le batteria e a flusso sono troppo pesanti e ingombranti, ma sicuramente in quello stazionario», dice Crema.

Verde fino a un certo punto, però, visto che non siete riusciti ancora ad eliminare del tutto gli elettroliti utilizzati dalle altre batterie a flusso?

«È vero, a scambiare cariche elettriche con i chinoni è una soluzione di acido bromidrico. Ma il bromo non è un elemento problematico dal punto di vista di tossicità e biocompatibilità».

E quali vantaggi potrebbero avere le batterie a chinoni rispetto a quelle al litio, che ormai sembrano stravincere in ogni campo?

«In pratica una batteria a flusso ha una potenza, in kW, proporzionale alla superficie della membrana, quindi al numero di celle utilizzate, e una capacità, in kWh, proporzionale al volume di liquido nei serbatoi. Questo fa sì che, una volta costruiti dei componenti di base standard, come celle, pompe e serbatoi, si possono poi creare sistemi di accumulo personalizzati, tarati per ogni esigenza, semplicemente combinando un certo numero di celle e di litri di elettroliti: da impianti che diano una grande potenza in poco tempo, per esempio sistemi di regolazione della frequenza, ad altri che assicurino una grande capacità di accumulo, per esempio sistemi di storage domestici o per impianti a rinnovabili. Il tutto usando materiali a basso costo, come chinoni e bromo».

Ma usare un materiale organico non riduce la durata della batteria, a causa del suo degrado?

«Il pericolo c’è se la batteria si surriscalda, ma se viene usata correttamente, come consente di fare il suo software di controllo, può compiere migliaia di cicli mantenendo la stessa efficienza».

E comunque quando l’elettrolita dovesse essere “esaurito”, basterà sostituirlo, mantenendo tutto il resto del dispositivo.

Un altro punto debole delle batterie a flusso è la membrana, costosa e molto delicata.

«È vero – ci spiega Luigi Crema - ma noi abbiamo abbandonato la classica membrana in Nafion, per un altro tipo, più spesso e più resistente, che comunque non penalizza l’efficienza della batteria, oggi al 70%».

Fra il febbraio 2016 e oggi Green Energy Storage ha lavorato a costruire un prototipo di batteria a flusso da 2 kW, con 4 kWh di capacità.

«Abbiamo messo a punto i vari componenti, e in particolare la cella, che è il più critico, raddoppiandone l’efficienza rispetto al primo modello, grazie al contributo del gruppo della professoressa Licoccia. Adesso stiamo lavorando all’industrializzazione dei componenti ed entro la fine del 2018 dovremmo cominciare a vendere i primi esemplari commerciali, adatti per taglie piccole e medie di accumulo».

Ma perché un utente domestico dovrebbe preferire una batteria a flusso a una al litio, che, a occhio, sembra meno complicata e più semplice da gestire?

«Innanzitutto perché i nostri prodotti costeranno meno delle batterie al litio, a parità di capacità, mentre avranno la stessa facilità di utilizzo, una vita più lunga e nessun pericolo di incendio, a fronte di un ingombro un po’ maggiore, diciamo quello di una lavastoviglie. Tutte qualità che verranno dimostrate da questa prima, limitata, produzione. E allora cominceremo a raccogliere fondi per costruire una vera fabbrica di batterie a flusso a chinoni, il che ne farà crollare ulteriormente il prezzo, permettendoci di estendere l’offerta anche ai grandi impianti a fonti rinnovabili in tutto il mondo», conclude Crema.

Ma per questa fase di pieno sviluppo industriale non basterà certo il crowdfunding: occorrerà che intervengano investitori dotati di grandi mezzi.

Speriamo che il mondo finanziario italiano risponda, altrimenti anche questa iniziativa volerà via per altri lidi.

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