I vantaggi delle rinnovabili

Oggi, è fondamentale riuscire a portare a termine il processo di transizione energetica e garantire l’accesso a un’energia pulita a prezzi accessibili. Attualmente le fonti rinnovabili alimentano quasi il 30% dei consumi energetici globali e questa percentuale è destinata ad aumentare. Proprio lo stoccaggio, ossia l’immagazzinamento e conservazione dell’energia è infatti uno dei principali problemi da risolvere per poter usare le fonti rinnovabili (sole, vento, calore), dal momento che l’energia prodotta da queste è per sua natura intermittente (il sole sorge e tramonta, il vento si alza e si abbassa…), e la sfida per il futuro è progettare soluzioni tecnologiche efficienti e sostenibili per immagazzinarla e usarla quando ce n’è bisogno. Nel settore si assiste oggi a un incremento degli investimenti del 24%, motivato non solo dalla necessità di ridurre le emissioni, ma anche dalla spinta dei Paesi importatori di combustibili, che hanno tutto l’interesse a raggiungere una sicurezza energetica e a rendersi indipendenti.

“I sistemi di accumulo attualmente più diffusi sul mercato presentano diverse caratteristiche desiderabili, come una buona efficienza di carica e scarica dell’energia e una soddisfacente stabilità nel tempo; purtroppo, però, il loro funzionamento si basa su materiali rari e non rinnovabili”, spiega Luisa De Marco dell’Istituto di Nanotecnologia (Nanotec) del Cnr, afferente al Dipartimento di scienze fisiche e tecnologie della materia  (Dsftm). “In particolare, la scarsa abbondanza naturale di litio, nichel e cobalto, e quindi il loro costo elevato, spingono a cercare materiali alternativi, perché a lungo termine la produzione di batterie al litio non sarà sostenibile, vista la crescita esponenziale del mercato, e soffriremo di una crisi delle risorse simile a quella attuale associata alle limitate riserve di combustibili fossili”.

Coerentemente con le necessità espresse dalle società, il Cnr-Dsftm è attivo su molti fronti della ricerca e dello studio di sistemi innovativi per la produzione, la trasformazione e la conservazione dell’energia. Tra queste attività di ricerca, una mira a sviluppare batterie innovative e sostenibili basate su materiali organici. “Esistono in natura diverse molecole dotate di funzionalità redox, cioè capaci di accumulare e rilasciare elettroni, come ad esempio quelle coinvolte nella fotosintesi dei cloroplasti o nella catena respiratoria dei mitocondri all’interno delle cellule”, chiarisce la ricercatrice del Cnr-Nanotec. “Questi materiali sono in grado di sostenere reazioni di ossidoriduzione legando e rilasciando litio o altri ioni metallici, come sodio o potassio, e di delocalizzare gli elettroni sulla molecola”.

Da qui nasce il tentativo dei ricercatori e delle ricercatrici del Cnr di replicare questo tipo di sistema disponibile in natura e di utilizzarlo all’interno delle batterie al litio per ottimizzare il processo di immagazzinamento e rilascio. “In particolare, si vuole rivoluzionare il funzionamento dell’elettrodo di queste batterie (basato sull’inserimento di ioni litio), e svilupparne una nuova architettura. L’idea è di realizzare elettrodi nanostrutturati a cui ancorare molecole organiche redox-attive, rendendoli così capaci di rilasciare e assorbire gli elettroni. Così, questa ‘nano-impalcatura’, sarebbe in grado di facilitare il trasporto di carica e migliorare le interazioni tra il materiale e l’elettrolita”, aggiunge De Marco.

I primi risultati di questa ricerca, coordinata da De Marco e finanziata da un Erc Consolidator Grant (Erc CoG Hynanostore-Hybrid nanostructured systems for sustainable energy storage), dimostrano il principio di funzionamento di questo sistema bio-ispirato. “I vantaggi dell'utilizzo di materiali organici potrebbero essere enormi. Tali materie prime possono essere ottenute da biomasse, risorse naturalmente abbondanti, o potrebbero essere sintetizzate con approcci di ‘chimica verde’ attraverso processi a basso costo privi di solventi tossici”, conclude l’esperta. “Inoltre, sono biodegradabili e facilmente riciclabili, e permettono un facile riuso o recupero delle batterie una volta arrivate a fine vita. Ciò ridurrebbe notevolmente l’impronta ambientale e i costi di produzione dei dispositivi: un aspetto da tenere in considerazione vista la domanda crescente del mercato”.

Fonte: Luisa De Marco, Istituto di nanotecnologia, luisa.demarco@cnr.it