Le batterie gravitazionali possono essere la risposta alla decarbonizzazione?

Con la continua espansione delle operazioni di energia rinnovabile in tutto il mondo, i governi e le aziende energetiche stanno facendo a gara per sviluppare la capacità di accumulo delle batterie, per garantire alla popolazione l’accesso all’energia pulita a tutte le ore del giorno e della notte. L’incoerenza di molte fonti di energia rinnovabile ha reso la necessità di stoccaggio delle batterie più grande che mai, il che ha stimolato un’enorme quantità di investimenti in nuove tecnologie di batterie in tutto il mondo. Ora le batterie gravitazionali possono aiutarci a sfruttare l’energia dei parchi eolici e solari anche quando il vento non soffia e il sole non splende.

Le batterie a gravità funzionano utilizzando l’energia dei progetti di energia rinnovabile per sollevare un peso pesante in aria o in cima a un pozzo profondo. Quando è richiesta energia, gli argani vengono utilizzati per abbassare il peso, producendo elettricità dal movimento dei cavi. Ciò significa che l’energia proveniente da progetti rinnovabili, che non possono produrre energia costante, come i parchi eolici e solari, può essere immagazzinata in modo alternativo rispetto alle batterie tradizionali per essere utilizzata durante i picchi di domanda.
Queste batterie meccaniche si basano sul concetto di accumulo di energia idroelettrica con pompaggio, che utilizza dighe per pompare l’acqua su e giù da una collina per produrre elettricità secondo le necessità. Molti di questi progetti sono già in corso, con il Regno Unito che vede il potenziale di 700 siti idroelettrici, che potrebbero fornire fino a 7 GW di accumulo di energia. Non sorprende quindi che gli ingegneri siano stati ispirati ad adattare questa idea all’accumulo di batterie.

Ma le batterie a gravità sono diverse o migliori di quelle agli ioni di litio? Le batterie agli ioni di litio, attualmente leader di mercato, sono costituite da un anodo, un catodo, un separatore, un elettrolita e due collettori di corrente (positivo e negativo). L’anodo e il catodo immagazzinano il litio. L’elettrolita trasporta gli ioni di litio con carica positiva dall’anodo al catodo e viceversa attraverso il separatore. Il movimento degli ioni di litio crea elettroni liberi nell’anodo che creano una carica sul collettore di corrente positivo. La corrente elettrica passa quindi dal collettore di corrente attraverso un dispositivo alimentato, come un computer portatile, al collettore di corrente negativo. Il separatore blocca il flusso di elettroni all’interno della batteria. Mentre la batteria si scarica e fornisce una corrente elettrica, l’anodo rilascia ioni di litio al catodo, generando un flusso di elettroni da una parte all’altra. Quando si collega il dispositivo, avviene il contrario: Gli ioni di litio vengono rilasciati dal catodo e ricevuti dall’anodo.

Per continuare a produrre un numero sufficiente di batterie agli ioni di litio per alimentare i nostri dispositivi elettrici e alimentare la transizione verde, il mondo dovrà espandere notevolmente le operazioni di estrazione del litio per fornire una quantità sufficiente del metallo per produrre queste batterie. Le batterie a gravità, invece, sono strumenti meccanici che possono essere utilizzati ripetutamente con semplici riparazioni, con una durata di vita di circa 50 anni. Asmae Berrada, specialista in accumulo di energia presso l’Università Internazionale di Rabat in Marocco, spiega: “Le celle agli ioni di litio si degradano, il che significa che la loro capacità di accumulo diminuisce irrimediabilmente nel tempo”.

Oltre alla maggiore durata, la ricerca di Berrada suggerisce che il costo di vita delle batterie al litio può essere doppio rispetto alle alternative meccaniche. Le batterie a gravità possono anche ridurre la nostra dipendenza dai minerali e dai metalli necessari per la produzione di batterie chimiche, alleggerendo l’onere sull’ambiente.

Alcuni progetti sono già in corso per sperimentare le batterie a gravità. Nel Regno Unito, Gravitricity ha testato un prototipo di batteria a gravità nel porto di Leith, a Edimburgo. L’azienda ha utilizzato una torre d’acciaio alta 15 metri per sollevare due pesi da 25 tonnellate su cavi d’acciaio, utilizzando l’energia solare. Quando è necessaria l’energia, i pesi vengono abbassati, consentendo ai motori di essere utilizzati come generatori per produrre elettricità. Jill Macpherson, ingegnere senior per i test e le simulazioni, ha dichiarato che il test è stato un successo: “Il dimostratore aveva una potenza di 250 kW, sufficiente a sostenere circa 750 abitazioni, anche se per un periodo molto breve. Ma ha confermato che possiamo erogare tutta la potenza in meno di un secondo, il che è prezioso per gli operatori che devono bilanciare la rete secondo per secondo. Può anche erogare grandi quantità più lentamente, quindi è molto flessibile”.
Tuttavia, nonostante i recenti sviluppi nel settore, le aziende devono affrontare una miriade di sfide per l’espansione di questa tecnologia su larga scala. Diverse aziende hanno fatto affermazioni audaci sul potenziale delle loro batterie a gravità: Gravtricity ha dichiarato di poter alimentare circa 63.000 abitazioni in un’ora di funzionamento del suo impianto da 20 MW, mentre GravitySoilBatteries ritiene di poter fornire fino a 30.000 kWh di stoccaggio con un’efficienza del sistema dell’85%. Tuttavia, questi progressi devono ancora essere visti e potrebbero essere solo un sogno irrealizzabile.