Progetto italiano su nuove batterie calcio-ione per mobilità e «smart grid»
ENEA e Università La Sapienza si impegnano attraverso il progetto ACTEA a sviluppare celle con ioni multivalenti dal grande potenziale energetico e col ridotto impatto economico ed ecologico di una comune materia prima
La ricerca su celle in alternativa a quelle litio-ione per applicazioni nella mobilità elettrica e per lo stoccaggio di energia nelle smart grid attuali e future, riceverà un contributo da un nuovo progetto che intende mettere a punto batterie calcio-ione nell’ambito del progetto ACTEA, condotto da ENEA e Università di Roma La Sapienza e che sarà finanziato dalla Regione Lazio.
Il team di ricercatori si propone di sviluppare sistemi di accumulo elettrochimico di nuova generazione caratterizzati da bassi costi di produzione e standard sempre più elevati di efficienza, sostenibilità e sicurezza, aprendo la strada a una nuova filiera industriale lungo l’intero catena del valore, dalla produzione di materie prime al riciclo di componenti esausti a fine vita, si legge nella nota stampa ENEA che ufficializza l’ambizioso progetto.
“La tecnologia calcio-ione è ancora ai primi stadi di sviluppo e l’obiettivo è quello di contribuire a una migliore comprensione del suo funzionamento anche se, in linea di principio, i processi elettro-chimici che stanno alla base sono analoghi a quelli delle batterie litio-ione dove, però, il calcio sostituisce il litio nel ruolo di shuttle, ossia di portatore della carica elettrica”, spiega Laura Silvestri, ricercatrice del Laboratorio Accumulo di energia, batterie e tecnologie per la produzione e l’uso dell’idrogeno del Dipartimento tecnologie energetiche e fonti rinnovabili dell’ENEA.
La ricercatrice dell’ENEA in particolare ha in curriculum numerosi paper di approfondimento delle alternative alla grafite negli elettrodi negativi che potranno risultare utili al nuovo impegno su questo tipo di batterie multivalenti, ovvero celle che, al contrario degli ioni monovalenti del litio, siano basate sul flusso di ioni multivalenti come quelli del calcio (o anche del potassio e qualche altro minerale), che potrebbero offrire tra 2-3 lustri una capacità due, tre volte superiore a quella delle celle che oggi muovono quasi tutte le auto elettriche.
Tre anni fa AUTO21 aveva già brevemente aperto una finestra sulla ricerca pionieristica supportata da fondi del network scientifico europeo Alistore, che puntava proprio a identificare le opportunità future di utilizzo di un materiale quale il calcio che ha anche la dote di essere molto più comune del litio oggi protagonista.
A quel progetto collaboravano anche il Sincrotrone di Trieste Elettra, università della Slovenia e ICGM, attraverso un team diretto dall’italiano Lorenzo Stievano, professore di Chimica dei Materiali all’Istituto di Montpellier.
Il progetto ACTEA si muoverà quindi in ambiti assai poco esplorati, ma i suoi vantaggi-chiave sono già ben chiari: l’utilizzo del calcio è come detto opzione promettente per migliorare le densità energetiche delle batterie riducendo al contempo i costi di produzione grazie al basso costo della materia prima e, soprattutto, alla sua abbondanza sulla crosta terrestre.
“Attraverso lo sviluppo di tecnologie di accumulo elettrochimico calcio-ione sarà possibile risolvere le principali criticità legate all’approvvigionamento, alla sicurezza e ai costi di produzione. Non solo: si disporrà di un’alternativa eco-sostenibile ai sistemi litio-ione, una tecnologia di accumulo matura che ha quasi raggiunto il limite teorico delle sue prestazioni”, aggiunge Silvestri.
La metodologia progettuale di ACTEA si focalizza sullo sviluppo di processi e materiali con un ridotto impatto ambientale e sull’impiego di elementi molto comuni quali il ferro, il silicio o il titanio (oltre al calcio), attraverso la minimizzazione dell’uso di materie prime tossiche o critiche come, ad esempio, il cobalto e il litio.
“Questa strategia potrebbe declinare in modo innovativo e sostenibile lo scenario di una transizione da un paradigma tecnologico ad alto impatto ambientale (batterie litio-ione) ad uno nuovo più green (batterie calcio-ione). Inoltre, l’introduzione del calcio e dei materiali ad esso correlati nella catena del valore delle batterie aprirebbe un nuovo mercato per tutti i produttori di materie prime tradizionali quali il carbonato di calcio e l’ossido di calcio, ampiamente utilizzati in edilizia e nei pigmenti”, conclude Giulia Monteleone, responsabile della divisione ENEA di Produzione, storage e utilizzo dell’energia del Dipartimento tecnologie energetiche e fonti rinnovabili.
Un aspetto che non è precisato dagli scienziati di ENEA e Sapienza, ma che oggi come oggi appare significativo, è anche che alternative alla tecnologia litio-ione, come le promettenti batterie sodio-ione, sono già state adottate dai migliori laboratori e centri esperienze asiatici e cinesi in particolare, con una sorta di vantaggio competitivo nello sviluppo di quelle filiere.
Nel campo della tecnologia calcio-ione niente del genere è oggi in atto, per cui potrebbe trattarsi di un settore nel quale ricerca prima e manifattura poi potrebbero misurarsi con i colossi cinesi delle batterie senza effettuare faticosissime ed incerte corse ad handicap.
