Varato il Progetto Orangees, per la nuova generazione di batterie «green»
Il progetto vede impegnate eccellenze della ricerca italiana, dal CNR ad ENEA, e prevede una attività ambiziosa e di frontiera sia in termini di materiali coinvolti che tecnologie in studio, rivolte al lungo termine
Materiali avanzati sempre più sostenibili, performanti, sicuri e a basso costo per una nuova generazione di batterie green: è quanto intende sviluppare Orangees, un progetto nel quale saranno investiti €4 milioni, che vede in campo un partenariato tutto italiano che include Consiglio Nazionale delle Ricerche (capofila), ENEA, Consorzio interuniversitario nazionale per la scienza e tecnologia dei materiali, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Ricerca sul Sistema Energetico (RSE) e Standex International Corp.
“Il progetto è rivolto a contribuire al conseguimento degli obiettivi altamente sfidanti richiesti a livello comunitario nel settore energetico e recepiti dall’Italia attraverso il PNIEC, il Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima, attualmente aggiornato alla luce delle recenti crisi geopolitiche. L’obiettivo è favorire l’innovazione, la sostenibilità e i futuri nuovi business verso quelli che saranno i settori emergenti del mercato lungo tutta la catena del valore che interessa il dispositivo di accumulo elettrochimico, attraverso scelte più consapevoli, a partire dalla progettazione di quella che sarà la batteria del futuro”, afferma Alessandra Di Blasi, ricercatrice dell’Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia ‘Nicola Giordano’ (ITAE) del CNR, responsabile scientifico di Orangees nella nota diffusa dai partner del progetto.
Le attività di ricerca sono rivolte allo studio di nuovi materiali sia ibridi (organici/inorganici) che prettamente organici. Mentre la ricerca di punta a livello globale è sempre più attirata dai materiali organici con risultati spesso promettenti, come quelli recentemente pubblicati dall’MIT, obiettivo del progetto Orangees è quello di validare i nuovi materiali per le loro prestazioni elettrochimiche ma anche per incrementarne la sostenibilità ambientale.
Questo può avvenire da un lato diminuendo sempre più in questi sistemi di accumulo la componente inorganica, in particolare litio e cobalto, metalli che rientrano nella lista approntata dall’Unione Europea che include 34 materie prime critiche e inoltre definisce un quadro complessivo per filiera e loro riciclo.
Se il solo puntare su celle basate su composti organici non è automaticamente un sinonimo di batteria verde, proprio questo è invece un obiettivo esplicito del progetto Orangees, che svilupperà materiali ottenuti da scarti dell’industria agroalimentare (caseina, siero del latte, cheratina, fico d’India e cellulosa).
Nello specifico, ENEA si occuperà della selezione di scarti e sottoprodotti naturali verificandone l’utilizzo come materie prime per produrre membrane ed elettrodi green. “Questo approccio intende ridurre le criticità legate allo smaltimento delle batterie, creando nuove sinergie industriali in accordo ai principi dell’economia circolare”, ha spiegato Mariasole Di Carli, ricercatrice del Laboratorio ENEA Accumulo di Energia, batterie e tecnologie per la produzione e l’uso dell’idrogeno e responsabile del progetto per l’agenzia italiana.
Il progetto Orangees prevederà cinque linee di ricerca: tre dedicate alle attività sperimentali sui materiali utilizzati per i componenti (elettroliti, leganti e materiali attivi) di batterie e super-condensatori. La prima delle tre linee sperimentali è orientata alla realizzazione di componenti ibridi e favorire l’abbassamento dei costi a parità di prestazioni, ma anche al miglioramento delle prestazioni di accumulo (soprattutto rispetto al litio) e della sicurezza (con lo sviluppo di elettroliti semi-solidi per affrontare i problemi legati all’uso di elettroliti liquidi a base di solventi infiammabili, volatili e tossici).
La seconda linea sperimentale è rivolta allo studio di diverse tipologie di composti organici come potenziali sostituti dei materiali presenti negli attuali sistemi di accumulo; saranno validate nuove soluzioni tecnologiche per mantenere le performance delle batterie tradizionali, consentendo al tempo stesso di ridurre l’impatto ambientale, dalla produzione allo smaltimento. Quest’ultimo aspetto è ancora più centrale nella terza linea di ricerca focalizzata sui materiali organici derivanti dal riutilizzo di scarti industriali, per individuare soluzioni “green” di facile reperibilità o provenienti da processi di economia circolare di altre filiere.
I materiali organici più promettenti saranno successivamente investigati attraverso simulazioni al computer, analisi del ciclo di vita e test condotti in collaborazione con il partner industriale Standex International per verificare il potenziale beneficio a livello di prestazioni elettrochimiche finali.
Attualmente le batterie agli ioni di litio rappresentano il sistema di accumulo dell’energia dominante nel mercato dei dispositivi elettronici portatili e dei sistemi di autotrasporto elettrico/ibrido-elettrico. Tuttavia, nell’ultimo decennio, la domanda di litio è aumentata rapidamente e il suo consumo è cresciuto del 7-10% l’anno, sebbene i prezzi della filiera estrattiva del metallo non abbiano di recente seguito la traiettoria della domanda ma anzi siano ancora in calo e ben lontani dai picchi del 2022.
In uno scenario di offerta di materie prime che è legato a incertezze, risulta evidente la necessità di sviluppare chimiche alternative per nuovi sistemi di stoccaggio dell’energia che siano basati su materie prime abbondanti ed economiche, da integrare nella strategia di sfruttamento sostenibile dell’energia da fonti rinnovabili.
Ha inoltre approfondito lo scenario Di Blasi: “i materiali che verranno sviluppati, quali elettrodi, elettroliti eccetera, costituenti fondamentali alla base del funzionamento del dispositivo, saranno caratterizzati e testati per essere impiegati in diverse tecnologie di accumulo elettrochimico, litio e post-litio, dunque Na-ione, Na-aria, Na-S, Mg-S ecc”.
“La recente roadmap sui sistemi di accumulo elettrochimico stilata dalla piattaforma tecnologica europea ETIP Batteries Europe mostra, infatti, come l’evoluzione nel medio-lungo termine guardi a batterie di ultima generazione basate su nuovi meccanismi di funzionamento (sistemi a conversione e stato solido) e a materiali alternativi. Tra questi ultimi, risultano di interesse i composti organici, come quelli che saranno sviluppati e caratterizzati all’interno del progetto Orangees”, ha concluso Giulia Monteleone, direttrice del Dipartimento ENEA di Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili.
