Batterie verdi e materiali avanzati, il binomio per un futuro sostenibile

Materiali avanzati sempre più sostenibili, performanti, sicuri e a basso costo stanno dando vita a una nuova generazione di batterie verdi. Questo è l’obiettivo di ORANGEES, un ambizioso progetto da 4 milioni di euro che vede una partnership tutta italiana tra il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) capofila, ENEA, il Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali, l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Ricerca sul Sistema Energetico (RSE) e Standex International Corp.

Alessandra Di Blasi, ricercatrice presso l’Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia ‘Nicola Giordano’ del CNR e responsabile scientifico di ORANGEES, afferma: “Il progetto mira a contribuire al raggiungimento degli obiettivi energetici ambiziosi stabiliti a livello comunitario e recepiti dall’Italia attraverso il PNIEC, attualmente aggiornato alla luce delle recenti crisi geopolitiche”.

Nuovi materiali dagli scarti agroalimentari

Il progetto si propone di favorire l’innovazione, la sostenibilità e i futuri nuovi business verso i settori emergenti del mercato lungo tutta la catena del valore che interessa il dispositivo di accumulo elettrochimico.

Le attività di ricerca si concentrano sullo studio di nuovi materiali, sia ibridi (organici/inorganici) che prettamente organici, ottenuti da scarti dell’industria agroalimentare come caseina, siero del latte, cheratina, fico d’India e cellulosa. L’obiettivo principale è la validazione di questi nuovi materiali per migliorare le prestazioni elettrochimiche delle batterie e aumentarne la sostenibilità ambientale, riducendo la componente inorganica, come litio e cobalto, metalli inclusi nella lista Ue delle 34 materie prime critiche.

ENEA si occuperà della selezione di scarti e sottoprodotti naturali, verificandone l’utilizzo come materie prime per produrre membrane ed elettrodi green. 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, spiega che questo approccio intende ridurre le criticità legate allo smaltimento delle batterie, creando nuove sinergie industriali in accordo ai principi dell’economia circolare.

I materiali più promettenti saranno testati attraverso simulazioni al computer, analisi del ciclo di vita e test sperimentali in collaborazione con Standex International Corp per valutare le prestazioni elettrochimiche finali.

Le linee di ricerca

Il progetto ORANGEES è strutturato su cinque linee di ricerca, di cui tre sono dedicate alle attività sperimentali sui materiali utilizzati per i componenti delle batterie e dei supercondensatori, con l’obiettivo di migliorare le prestazioni, ridurre i costi e l’impatto ambientale e promuovere l’economia circolare:

• la prima linea di ricerca mira alla realizzazione di componenti ibridi, con l’obiettivo di ridurre i costi mantenendo alte prestazioni e migliorando sia l’efficienza di accumulo, soprattutto in confronto al litio, sia la sicurezza attraverso lo sviluppo di elettroliti semi-solidi;

• la seconda linea di ricerca si concentra sullo studio di diverse tipologie di composti organici che potrebbero sostituire i materiali attualmente impiegati nei sistemi di accumulo. Qui saranno validate nuove soluzioni tecnologiche per mantenere le performance delle batterie tradizionali, allo stesso tempo riducendo l’impatto ambientale lungo l’intera catena produttiva, dalla fase di produzione a quella di smaltimento;

• la terza linea di ricerca è incentrata sui materiali organici derivanti dal riutilizzo di scarti industriali. L’obiettivo è individuare soluzioni green facilmente reperibili o provenienti da processi di economia circolare di altre filiere, contribuendo così a una gestione sostenibile delle risorse.

L’alternativa al litio

Attualmente, le batterie agli ioni di litio dominano il mercato dei dispositivi elettronici portatili e dei sistemi di autotrasporto elettrico/ibrido-elettrico. Tuttavia, nell’ultimo decennio, la domanda di litio è aumentata rapidamente, registrando una crescita annua compresa tra il 7% e il 10%. Questa tendenza evidenzia la necessità di sviluppare alternative alle batterie al litio, basate su materie prime abbondanti ed economiche, al fine di garantire una strategia di sfruttamento sostenibile dell’energia da fonti rinnovabili.

Inoltre, la sicurezza rimane un requisito fondamentale nel settore delle batterie. I problemi legati all’uso di elettroliti liquidi contenenti solventi infiammabili, volatili e tossici, rappresentano una sfida significativa che deve essere affrontata per garantire un’adozione sicura e diffusa dei sistemi di stoccaggio dell’energia.

In questo contesto, lo sviluppo di nuove chimiche e tecnologie per i sistemi di accumulo dell’energia diventa cruciale per soddisfare la crescente domanda di energia elettrica in modo sostenibile, sicuro ed efficiente. La ricerca e lo sviluppo di batterie basate su materiali alternativi, come quelli promossi dal progetto ORANGEES, rappresentano un passo avanti nella direzione di una transizione verso soluzioni più eco-compatibili e innovative nel settore dell’energia.