Materie prime avanzate e sempre più sostenibili, performanti, sicure e a basso costo saranno alla base della produzione di una nuova generazione di batterie “green”: è quanto intende sviluppare il progetto Orangees (ORgANics for Green Electrochemical Energy Storage), forte di un finanziamento di circa quattro milioni di euro, che vede in campo una partnership tutta italiana composta dal capofila Cnr (Consiglio Nazionale delle Ricerche, capofila) e dai partner Enea, Consorzio Instm (Consorzo Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali), Itt (Istituto Italiano di Tecnologia), Rse (Ricerca sul Sistema Energetico) e Standex International Corporation.
«Il progetto» spiega Alessandra Di Blasi, ricercatrice del Cnr e responsabile scientifica del progetto, «è rivolto a contribuire al conseguimento di obiettivi altamente sfidanti richiesti a livello comunitario nel settore energetico e recepiti dall’Italia attraverso il Pniec (Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima), attualmente aggiornato alla luce delle recenti crisi geopolitiche». «L’obiettivo», prosegue la ricercatrice, «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 quelle che saranno le batterie del futuro».
Latte per produrre batterie
Le attività di ricerca sono rivolte allo studio di nuove materie prime sia ibride (organici/inorganici) che prettamente organiche, ottenute da scarti dell’industria agroalimentare (caseina, siero del latte, cheratina, fichi d’india, cellulosa).
L’obiettivo del progetto è quello di omologare dette materie prime tanto per le prestazioni elettrochimiche rese quanto per garantire un elevato livello di sostenibilità ambientale, diminuendo sempre più in questi sistemi di accumulo la componente inorganica, ad esempio il litio e il cobalto, metalli che rientrano nella lista Ue delle trentaquattro materie prime classificate come “critiche”.
Nello specifico, l’Enea si occuperà della selezione di scarti e sottoprodotti naturali verificandone l’utilizzabilità come materie prime, al fine di produrre membrane ed elettrodi “green”.
«Questo approccio», spiega la ricercatrice dell’Enea Mariasole Di Carli, «intende ridurre le criticità legate allo smaltimento delle batterie, creando nuove sinergie industriali in accordo ai principi dell’economia circolare”,
Il progetto Orangees prevede cinque linee di ricerca, di cui tre dedicate alle attività sperimentali sui materiali utilizzati per i componenti di batterie (elettroliti, binder e materiale attivo) 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 performance, ma anche al miglioramento delle prestazioni di accumulo (soprattutto rispetto al litio) e della sicurezza (con lo sviluppo di elettroliti semi-solidi).
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.
Le materie prime organiche ritenuti più valide saranno successivamente investigate attraverso simulazioni al computer, analisi del ciclo di vita e test condotti in collaborazione con il partner industriale Standex International Corporation 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% di anno in anno.
In un simile scenario, 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. Anche la sicurezza rimane un requisito essenziale e i problemi legati all’uso di elettroliti liquidi a base di solventi infiammabili, volatili e tossici devono ancora essere affrontati.
«La recente roadmap sui sistemi di accumulo elettrochimico stilata dalla piattaforma tecnologica europea ETIP Batteries Europe», conclude la direttrice del Dipartimento Enea di Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili, Giulia Monteleone, «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 proprio i composti organici, come quelli che saranno sviluppati e caratterizzati all’interno del progetto Orangees».
14 febbraio 2024
