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Accendere la luce con l’aria liquida

 By Michael Belfiore

Attualmente, oltre il 25% dell’elettricità globale proviene da fonti rinnovabili: una percentuale che aumenta a un ritmo sostenuto, secondo l’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA). E questa è ovviamente un’ottima notizia…

Il Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico creato dalle Nazioni Unite avverte che per evitare gli effetti catastrofici del cambiamento climatico è necessario ridurre le emissioni di carbonio, se non addirittura invertire la tendenza. Il passaggio alle fonti rinnovabili contribuisce a sostituire i combustibili fossili ad elevato contenuto di carbonio utilizzati per la generazione di elettricità.
C’è solo un problema: l’energia rinnovabile non è sempre disponibile. Ma una startup con sede nel Regno Unito denominata Highview Power sostiene di avere una soluzione in grado di sfruttare l’aria liquida. “Noi le chiamiamo batterie criogeniche“, spiega il CEO Javier Cavada.

Il problema dell’immagazzinamento

Secondo la IEA, per quanto riguarda la produzione di elettricità, la fonte rinnovabile in più rapida crescita sono i pannelli solari, seguiti dall’energia eolica. Queste fonti non garantiscono tuttavia continuità alla produzione. I pannelli solari non alimentano la rete in assenza di sole e le turbine non girano se il vento non soffia. Perché queste fonti diventino un’alternativa effettivamente praticabile, occorre un sistema di immagazzinamento – un modo per conservare l’elettricità per il successivo utilizzo.

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L'intermittenza delle fonti rinnovabili è da sempre un vero grattacapo

Gli impianti di pompaggio idroelettrico – in cui l’acqua viene pompata a monte e poi rilasciata a valle per alimentare i generatori – e le batterie al litio sono attualmente le opzioni più diffuse per lo stoccaggio di energia. Ma il pompaggio idroelettrico è limitato dalla disponibilità di acqua e pendii, mentre le batterie al litio riescono ad immagazzinare un quantitativo di energia sufficiente solo a tenere le luci accese per circa quattro ore. Una rete alimentata a energia rinnovabile necessita di un sistema di stoccaggio più duraturo, indipendente dalla geografia del luogo.
Ed è qui che entra in gioco il sistema criogenico di stoccaggio di Highview Power.

Immagazzinamento di aria liquida

Le batterie criogeniche di Highview Power non appaiono molto diverse da altri impianti industriali, con tubazioni esterne, serbatoi di stoccaggio coibentati e ventole di raffreddamento. Tutte caratteristiche volute: il sistema adotta componenti industriali standard per la massima flessibilità a livello di scala e luogo di installazione.
Il sistema immagazzina l’energia e immette elettricità nella rete in tre fasi. Prima di tutto, l’elettricità di rete alimenta un condensatore industriale che, ad alternanza, comprime ed espande l’aria fino a farla raffreddare abbastanza per consentirne il passaggio allo stato liquido.
“È semplice refrigerazione industriale”, spiega Cavada. “Si tratta dello stesso processo utilizzato per liquefare il gas naturale e creare l’LNG [gas naturale liquefatto]”.
Dopodiché, l’aria liquefatta, 800 volte più densa del normale, viene pompata nei serbatoi coibentati.
“In un certo senso, è come creare un bacino idrico simile alla Diga di Hoover in Nevada”, afferma Cavada. “Ma al posto dell’acqua abbiamo l’aria liquida”.

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Il sistema di stoccaggio di energia criogenica (highviewpower.com)

Aria liquida come fonte di energia

Perfino con tutte le attrezzature necessarie per la liquefazione e l’immagazzinamento dell’aria, la batteria criogenica occupa 1/100 dello spazio necessario per un sistema di pompaggio idroelettrico della stessa portata, spiega Cavada. “È un po’ come avere un impianto di pompaggio idroelettrico in formato tascabile”.
L’aria liquefatta viene conservata finché l’energia non si rende necessaria, per esempio di notte, quando l’energia solare non è disponibile.
“Può restare nei serbatoi per tutto il tempo necessario”, afferma Cavada. “Può essere conservata per ore, giorni, settimane o mesi, perché è così fredda che non occorrono elevati livelli di pressione per trattenerla all’interno dei serbatoi che sono normali serbatoi coibentati”.
Per generare elettricità, il sistema sfrutta l’aria ambientale per riscaldare l’aria liquida estratta dai serbatoi. L’aria liquida si espande, ritornando allo stato gassoso per via della pressione. L’aria pressurizzata alimenta quindi un tradizionale generatore a turbina.
“Al posto del vapore però si utilizza l’aria”, specifica Cavada. “Tutto qui”.
Il sistema genera elettricità senza richiedere l’impiego di combustibili fossili. L’unica cosa che viene scaricata è l’aria stessa che, a detta dello stesso Cavada, torna in atmosfera più pulita di prima.

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Uno degli impianti di stoccaggio di energia criogenica della Highview Power (highviewpower.com)

Le soluzioni di immagazzinamento del futuro

Highview Power non è l’unica azienda ad aver sviluppato una soluzione per il problema dello stoccaggio di energia. Hydrostor, con sede a Toronto, ha creato un sistema per immagazzinare l’energia sotto forma di aria compressa. La proposta di Gravitricity, a Edimburgo, prevede invece il sollevamento e l’abbassamento di 3.000 tonnellate di pesi all’interno di vecchi pozzi minerari. Gravity Power in California mira a immagazzinare energia sfruttando l’acqua pressurizzata. Energy Vault, in Svizzera, propone infine un metodo che prevede l’impilamento di blocchi di cemento mediante gru robotiche e il loro successivo abbassamento per generare elettricità.
Le batterie criogeniche di Highview Power, rappresentano però una delle soluzioni più avanzate per garantire uno stoccaggio a lungo termine ovunque necessario.
Con $50 milioni in finanziamenti privati, l’azienda ha realizzato cinque impianti nel proprio Paese e progetta di costruirne molti altri. Tra questi, nel 2020 è previsto l’avvio della realizzazione di un impianto negli Stati Uniti destinato all’immagazzinamento dell’energia proveniente da un parco eolico nel Midwest, operativo presumibilmente nel 2022. A luglio, l’azienda ha coinvolto Tenaska, società leader nel campo della gestione dell’energia, nello sviluppo di altri quattro progetti negli USA.
“Offriamo tutti i vantaggi del pompaggio idroelettrico, ma senza bisogno di acqua e pendii”, spiega Cavada. Il sistema è in grado di generare elettricità per un minimo di 12 ore alla volta – tre volte più a lungo delle classiche batterie al litio.
Ciò significa che, in futuro, le batterie criogeniche di Highview Power potrebbero rivelarsi preziose per combattere il cambiamento climatico con energia rinnovabile al 100%.

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Michael Belfiore