Articoli con tag stoccaggio energetico

Stoccaggio energetico: la Roadmap dell’IEA individua trend tecnologici e azioni da intraprendere

Livello di maturità tecnologica delle tecnologie di accumulo energetico (IEA)

Le tecnologie per lo stoccaggio energetico consentono di assorbire l’energia ed immagazzinarla per un periodo di tempo prima di ridistribuirla alla rete o agli utilizzatori finali. Attraverso questo processo, le tecnologie di stoccaggio energetico possono offrire un ponte temporale e geografico – qualora sia presente una adeguata infrastruttura energetica – in grado di colmare il divario tra la richiesta e la domanda di energia.

Le tecnologie di stoccaggio energetico possono essere implementate sia su larga che su piccola scala, in maniera centralizzata o distribuita attraverso tutta la catena che costituisce il sistema energetico nel suo complesso. Tuttavia, il livello di sviluppo tecnologico di queste tecnologie è estremamente eterogeneo: mentre alcune tecnologie sono mature o prossime alla maturità, la maggior parte di esse sono ancora nelle fasi iniziali di sviluppo e richiedono ulteriori miglioramenti prima di essere completamente realizzate e installate sul campo.

La recente Technology Roadmap – Energy storage pubblicata dalla International Energy Agency (IEA), raggruppa le numerose tecnologie di stoccaggio energetico in base ai due principali output che sono in grado di offrire: elettricità o energia termica (caldo o freddo). Le tecnologie appartenenti ad entrambe le categorie possono essere utilizzabili sia dai generatori di enegia che dagli utilizzatori finali, dando loro la possibilità di accoppiare mercati energetici attualmente non connessi tra loro (per esempio il mercato della grande produzione energetica, quello dei trasporti e i mercati locali di generazione e distribuzione del calore). In senso più generale, ogni tecnologia di stoccaggio energetico può fungere da “integratore di sistema” e permettere così di migliorare l’efficienza e la gestione complessiva del sistema energetico.

La Roadmap offre un quadro completo delle principali tecnologie di stoccaggio dell’energia utilizzabili a diversi livelli del sistema energetico. Particolare attenzione è dedicata alle tecnologie di stoccaggio collegabili con sistemi energetici più ampi (es. rete elettrica), mentre minor rilievo è dato alle tecnologie utilizzabili solo per applicazioni off-grid. Il documento è completato da una analisi delle barriere tecnologiche, politiche ed economiche che possono ostacolare lo sviluppo delle suddette tecnologie. Infine, la Roadmap identifica le azioni specifiche che ogni singolo gruppo strategico di interesse per il sistema energetico può intraprendere per rimuovere questi ostacoli.

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Produrre biometano dall’elettricità grazie ai microbi

Secondo gli scienziati di Stanford e della Pennsylvania State Universities, in un prossimo futuro il panorama delle fonti energetiche rinnovabili potrebbe cambiare sostanzialmente grazie all’impiego di microbi capaci di convertire l’elettricità in metano.

I ricercatori di entrambi i campus hanno infatti avviato un programma di ricerca su alcune specifiche colonie di microrganismi, chiamati metanogeni, che hanno la straordinaria capacità di trasformare l’energia elettrica in metano puro. L’obiettivo degli scienziati è quello di creare veri e propri impianti microbici di grandi dimensioni, in grado di trasformare l’energia elettrica (proveniente ad esempio da energia solare, eolica o nucleare) in metano combustibile e altri composti chimici preziosi per l’industria.

Secondo Alfred Spormann, professore di ingegneria chimica e di ingegneria civile e ambientale presso la Stanford University, l’approccio microbico eliminerebbe la necessità di utilizzare risorse fossili per produrre metano e altre importanti molecole organiche di impiego industriale. La maggior parte del metano attualmente utilizzato è infatti derivato dal gas naturale, che è un combustibile fossile, e la sua combustione accelera il riscaldamento globale attraverso il rilascio di anidride carbonica rimasta intrappolata sotto terra per millenni. L’intero processo di metanogenesi microbica previsto dagli scienziati è invece “carbon neutral“, in quanto la CO2 rilasciata durante la combustione deriva dall’atmosfera, e  l’energia elettrica utilizzata proviene da fonti rinnovabili o energia nucleare, che sono anch’esse CO2-free. In più, dato che il metano stesso è un gas serra formidabile (20 volte più potente della CO2), un impianto di produzione microbica presenterebbe l’ulteriore vantaggio di garantire una gestione del metano completamente sicura, minimizzando così la possibilità di dispersione incontrollata del gas nell’atmosfera.

Inoltre, i microbi che producono metano potrebbero contribuire a risolvere una delle maggiori sfide per la diffusione dell’energia rinnovabile su larga scala, ovvero il problema dello stoccaggio energetico. I metanogeni metabolizzano l’energia elettrica in energia chimica sotto forma di metano, che in questo caso svolgerebbe il ruolo di vettore energetico facilmente stoccabile, oltre che di combustibile. È da ricordare che l’abbinamento tra vettori energetici e fonti rinnovabili è considerato un fattore chiave per la diffusione delle energie pulite su larga scala, basti pensare alle famose pubblicazioni di J.Rifkin riguardanti l’impiego di idrogeno come vettore energetico. In questo caso, il vettore energetico metano, presenta anche il considerevole vantaggio di essere già dotato di propria una rete di distribuzione, oltre che di tecnologie di sfruttamento ben consolidate. Prosegui la lettura »

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Nuove membrane efficienti ed economiche per l’accumulo energetico

Un team di ricercatori della National University of Singapore’s – Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI), coordinato dal Dott. Xie Xian Ning, ha sviluppato un innovativo sistema di accumulo energetico a membrana.

Energy Storage Membrane (NUSNNI)

Energy Storage Membrane (NUSNNI)

Come è noto, uno degli ostacoli maggiori per la diffusione delle fonti rinnovabili è la scarsa disponibilità di sistemi di accumulo energetico economici e a basso impatto ambientale. Il team della NUSNNI ha sviluppato a livello di laboratorio una membrana che non solo potrebbe rivelarsi una soluzione particolarmente economica ed efficiente per lo stoccaggio energetico, ma presenta notevoli vantaggi in termini di impatto ambientale. Per realizzare questa membrana nanostrutturata, morbida ed elastica, i ricercatori hanno utilizzato un polimero polistirenico. La membrana, se inserita tra due dischi metallici e caricata elettricamente, può stoccare fino a 0.2 farad per centimetro quadrato, un valore di capacità elettrica considerevole se comparato a quello tipico dei supercapacitori standard, che è di 1 microfarad per centimetro quadrato. Un altro vantaggio è che il costo di questo dispositivo è notevolmente basso, oltre dieci volte inferiore a quello delle tecnologie di stoccaggio basate sull’impiego di fluidi elettrolitici, come le batterie agli ioni di litio e i supercapacitori.

I ricercatori hanno dimostrato la validità del dispositivo a livello di laboratorio, e al momento stanno cercando finanziatori esterni in grado di avviare la fase di prima ingegnerizzazione. Tra i vari attori che stanno supportando la ricerca a livello economico, è da segnalare la Singapore-MIT Alliance for Research & Technology (SMART).

Superata la fase di ingegnerizzazione e sviluppo, la membrana potrebbe essere utilizzata in associazione a veicoli ibridi, pannelli solari e turbine eoliche, e in tutte quelle applicazioni in cui è necessario disporre di un dispositivo di accumulo energetico in grado di mitigare gli svantaggi e l’inefficienza causati dall’intermittenza delle fonti energetiche.

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Nuovi supercondensatori più sostenibili con elettrodi in biochar

Biochar

Bilancio di CO2 del biochar

Un team di progetto del Stevens Institute of Technology del New Jersey (US)  sta lavorando a un nuovo tipo di supercondensatore con elettrodi in biochar.

Uno degli ostacoli maggiori per la diffusione delle fonti rinnovabili è la scarsa disponibilità di sistemi di accumulo energetico economici e a basso impatto ambientale. Ad esempio, i supercondensatori – utilizzabili sia per le batterie delle automobili ibride/elettriche che per i sistemi di accumulo per fonti energetiche rinnovabili e intermittenti – presentano ancora costi molto alti, nonostante il tasso di crescita di questi dispositivi sia avanzato del 20% nell’ultimo anno.

La ragione di questi costi elevati è da ricercare soprattutto nel tipo di materiali impiegati per la realizzazione dei supercondensatori: essi, infatti, sono generalmente costituiti – oltre che da un separatore e da un elettrolita – da due elettrodi di materiale vario (es. alluminio) ricoperti di carbone attivo ad elevata area superficiale. In particolare, i carboni attivi necessari per gli elettrodi sono materiali costituiti prevalentemente da microcristalli di grafite,  trattati in modo da presentare una struttura porosa con una vasta area superficiale interna. Queste qualità microstrutturali conferiscono al carbone attivo le caratteristiche di un eccellente adsorbente. La produzione di carbone attivo può avvenire a partire da una vasta gamma di materiali, ma richiede necessariamente l’impiego di processi industriali con impatto ambientale non trascurabile.

Il Biochar, d’altra parte, rappresenta un materiale sostenibile e a buon mercato, in quanto si tratta in pratica di un carbone vegetale ottenuto come sottoprodotto dalla pirolisi di diversi tipi di biomassa vegetale. Di particolare interesse risulta la produzione di biochar a partire da residui/sottoprodotti agricoli: potature, stoppie di mais o grano, lolla di riso, mallo di mandorla, fogliame secco, ecc.

Il gruppo di lavoro del Stevens Institute of Technology Chemical Engineering, guidato dal Dott. Woo Lee, Professore di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali, ha progettato e realizzato un prototipo di supercondensatore con elettrodi ricoperti di biochar, dimostrando la fattibilità dell’impiego di questo materiale come alternativa al carbone attivo.

Il materiale utilizzato per il prototipo proviene dal processo di pirolisi di scarti di colture agricole e, grazie a un processo brevettato, non contiene metalli ed altre impurità. Il team ha stimato che i costi del biochar sono circa la metà di quelli del carbone attivo, anche perché si tratta di materiale derivante da un processo già comunemente utilizzato nella produzione di energia.

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Tempi di risposta e capacità di stoccaggio dei sistemi di accumulo energetico per le fonti rinnovabili

I dispositivi di accumulo energetico trovano da sempre impiego a supporto dei sistemi di generazione di potenza elettrica, ma in maniera relativamente marginale, tanto che si può affermare che attualmente solo il 2.5% circa dell’energia elettrica mondiale è stoccata prima del suo effettivo utilizzo. In un futuro prossimo, tuttavia, con il progressivo diffondersi di sistemi di generazione distribuita, il ruolo dei sistemi di stoccaggio energetico potrebbe diventare di fondamentale importanza per la costituzione di una Smart Grid stabile ed efficiente. La produzione di grandi quantitativi di energia intermittente e indipendente dalle effettive richieste di carico della rete (come quella proveniente ad esempio da Fonti Energetiche Rinnovabili – FER), renderà infatti necessario un massiccio impiego di sistemi di accumulo energetico in grado di sopportare un elevato numero di cicli di carica-scarica a diversi gradi di profondità.  Ciascun sistema di accumulo energetico dovrà inoltre avere tempi di risposta e capacità di stoccaggio idonei a soddisfare le richieste provenienti sia dal sistema di generazione elettrica che dalla rete ad esso collegato. A tale riguardo si possono distinguere tre classi di tecnologie:

  • Tecnologie Power Quality: servono a sopperire alle variazioni/interruzioni di elettricità entro frazioni di secondo
  • Tecnologie Bridging Power: sono in grado di accumulare l’energia elettrica da utilizzare nell’arco di secondi o minuti per assicurare la continuità della potenza elettrica mentre si passa da un generatore all’altro
  • Tecnologie Energy Management: consentono di gestire la fornitura elettrica in funzione della domanda di mercato e di erogarla per intervalli di tempo prolungati (dell’ordine delle ore); servono inoltre a livellare il carico (load levelling), smorzare i picchi di domanda (peak shaving) e assicurare la continuità del servizio.

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Energie rinnovabili, all’Università di Milano-Bicocca arrivano i maggiori esperti mondiali

Fonte: BUR – Bollettino Università & Ricerca

Si chiama Chemistry and Physics of Materials for Energetics ed è la prima scuola interamente dedicata ai materiali per le applicazioni energetiche. Una full immersion di una settimana, dal 14 al 19 settembre presso l’Università di Milano-Bicocca, organizzata dal Network Europeo PCAM (Physics and Chemistry of Advanced Materials) e dedicata alle più importanti innovazioni e ricerche nel campo delle energie rinnovabili: dal fotovoltaico, ai materiali per il risparmio e il recupero energetico, alle problematiche connesse allo stoccaggio di energia. continua a leggere…

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