Una batteria svizzera per la transizione energetica in Cina

La batteria di Energy Vault è alta circa 120 metri e sfrutta la forza di gravità per accumulare energia. Energy Vault

Sole e vento producono elettricità anche quando non ne abbiamo bisogno. Come evitare che vada persa? Una batteria a gravità sviluppata in Svizzera immagazzina l'energia rinnovabile in pesanti blocchi di materiale. Un'idea che suscita interesse nel mondo, soprattutto in Cina.

È un edificio imponente senza porte né finestre. Al suo interno, 3’500 “mattoni” da 25 tonnellate. Un sistema di montacarichi e di binari li sposta su e giù, posizionandoli l’uno accanto all’altro, in quello che ricorda un moderno Tetris tridimensionale. Non è un nuovo concetto abitativo, ma una batteria che sfrutta la forza di gravità per immagazzinare e rilasciare energia.

La prima batteria con questa tecnologia è stata collegata alla rete elettrica nella città cinese di Rudong, vicino a Shanghai, alla fine del 2023. “All’inizio non immaginavamo che il nostro primo impianto sarebbe stato costruito in Cina”, afferma a SWI swissinfo.ch Robert Piconi, CEO di Energy Vault. L’azienda di sistemi di accumulo di energia ha sede negli Stati Uniti, ma è in Svizzera che ha sviluppato e testato il suo prototipo.

In Cina, l’imperativo ambientale di accelerare la decarbonizzazione del Paese – la Cina è la nazione che genera più emissioni al mondo – e le attuali politiche energeticheCollegamento esterno hanno però offerto opportunità inaspettate a Energy Vault e alla sua innovazione. Nuovi edifici-batteria sono già in fase di costruzione. “Vogliamo contribuire a risolvere la crisi climatica”, dice Piconi.

I sistemi di accumulo energetico sono un tassello essenziale della transizione energeticaCollegamento esterno. Le batterie risolvono uno dei principali problemi della produzione elettrica da fonti rinnovabili: la volatilità. Consentono cioè di immagazzinare l’elettricità in eccesso generata dal sole o dal vento e di renderla disponibile nei momenti di maggior richiesta. Possono anche garantire la stabilità della rete elettrica.

La sfida è di produrre batterie efficienti, senza consumare materie prime e metalli rari. E ovviamente a costi sostenibili.

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Pesi al posto dell’acqua

Le batterie a gravità possono immagazzinare grandi quantitativi di energia. Non si deteriorano e la capacità di accumulo non si riduce col tempo, come invece avviene per le batterie elettrochimiche usate, ad esempio, nei nostri smartphone.

Le batterie gravitazionali si basano sullo stesso principio delle centrali idroelettriche con un sistema di pompaggio. Queste rappresentano oltre il 94% della capacità di accumulo energetico installata nel mondo, secondo l’Associazione internazionale della forza idrica.

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Tuttavia, la batteria di Energy Vault non funziona con l’acqua, ma con dei pesi. Nella fattispecie, dei blocchi di calcestruzzo o di materiale di scarto.

Quando sole o vento producono più elettricità di quanto richiesto, come in estate, l’energia in eccesso alimenta un sistema che solleva i pesi e li colloca ai piani superiori dell’edificio-batteria. Questo processo converte l’energia elettrica in energia potenziale.

Nei momenti di bisogno, i blocchi ridiscendono a terra o a un livello inferiore a velocità controllata. Durante la “caduta” azionano dei generatori elettrici, trasformando l’energia potenziale accumulata in corrente elettrica. Il programma informatico sviluppato da Energy Vault, il cuore dell’innovazione, ottimizza il processo meccanico di sollevamento e di abbassamento dei blocchi a seconda della domanda di elettricità.

La prima batteria commerciale di Energy Vault in Cina sorge accanto a un parco eolico. Ha una capacità di accumulo di 100 megawattora (MWh). Una volta “carica”, potrebbe alimentare circa 4’600 automobili elettriche che percorrono cento chilometri.

>> Guarda la breve animazione sul funzionamento della batteria a gravità di Energy Vault:

Una “tecnologia rivoluzionaria” per la Cina

La batteria di Rudong fa parte dei “nuovi progetti pilota dimostrativi di stoccaggio dell’energia” definiti dall’Amministrazione nazionale cinese per l’energia, indica Energy Vault.

L’impianto è stato realizzato in collaborazione con l’americana Atlas Renewable e China Tianying, tra le aziende leader nell’incenerimento dei rifiuti per la produzione elettrica. La società utilizza materiali di scarto e la cenere di carbone per realizzare alcuni dei blocchi della batteria. Ha investito in Energy Vault 100 milioni di dollari.

Yan Shengjun, presidente di China Tianying, sostiene che la “tecnologia rivoluzionaria” di Energy Vault favorirà il passaggio dai combustibili fossili al solare e all’eolico e accelererà la transizione energetica della Cina. Ad aver convinto sono soprattutto la possibilità di usare materie prime locali per costruire l’impianto e la sua durata di vita di oltre 35 anni, secondo un articolo di ForbesCollegamento esterno.

Tre batterie di questo tipo sono in costruzione in Cina e altre sei sono in fase di progettazione. Insieme avranno una capacità di accumulo di 3’700 MWh.

Istallazioni più grandi consentiranno di ridurre i costi, afferma Robert Piconi. Il costo dei futuri impianti sarà di almeno il 30% inferiore a quello della prima batteria a Rudong (circa 500 dollari per kilowattora di capacità di accumulo installata), secondo Piconi.

Necessarie più ricerche sull’affidabilità della batteria

Wenxuan Tong, ricercatore presso lo Smart Grid Research Institute di Pechino, ritiene che la tecnologia dell’accumulo energetico gravitazionale avrà un “ruolo cruciale” nel raggiungimento degli obiettivi climatici nazionali. La Cina vuole raggiungere il picco delle emissioni nel 2030 e la neutralità climatica nel 2060.

“Sono necessarie più ricerche e più pratica per verificarne l’efficienza e l’affidabilità.”

Wenxuan Tong, Smart Grid Research Institute di Pechino

La batteria di Energy Vault potrebbe essere realizzata quasi ovunque. Non dipende da specifiche condizioni geografiche o climatiche. Un’efficienza energetica simile a quella delle centrali idroelettriche con pompaggio (80-85%) e la semplicità delle sue attrezzature la rendono “economicamente vantaggiosa”, spiega Wenxuan Tong a SWI swissinfo.ch.

Tuttavia, sottolinea l’esperto, sono ancora da valutare l’efficienza economica di un impianto su larga scala e la compatibilità con il sistema di rete elettrica cinese. “Sono necessarie più ricerche e più pratica per verificarne l’efficienza e l’affidabilità”, sottolinea.

Batterie a gravità per lo stoccaggio a medio o lungo termine

Energy Vault non è l’unica azienda a sfruttare la forza di gravità per immagazzinare e rilasciare energia. Altri concetti utilizzano però dei piani inclinati o impianti nel sottosuolo. L’azienda canadese Gravitricity, ad esempio, sta costruendo il primo prototipo al mondo di accumulatore di energia gravitazionale sotterraneoCollegamento esterno in una miniera in disuso in Finlandia.

Il vantaggio principale delle batterie gravitazionali è il basso costo dell’immagazzinamento dell’energia, secondo Julian Hunt, ricercatore all’Istituto internazionale di analisi dei sistemi applicati (IIASA) di Laxenburg, in Austria. Lo svantaggio è invece il costo relativamente alto dell’elettricità necessaria per spostare un peso da un livello all’altro.

“Il ricorso alle batterie a gravità ha quindi senso solo per cicli di stoccaggio elettrico settimanali, mensili o stagionali”, scrive Hunt in una e-mail a SWI swissinfo.ch. Per un immagazzinamento inferiore alle dodici ore, le batterie elettrochimiche sono un’alternativa più pratica ed economica.

La batteria di Energy Vault in Cina funziona secondo un ciclo di quattro ore. È una caratteristica richiesta dalle autorità e dal gestore della rete elettrica. Il sistema potrebbe rilasciare energia anche per un periodo più lungo, ma in questo caso la potenza erogata sarebbe minore.

Una soluzione anche per l’Europa?

Robert Piconi concorda sul fatto che le batterie gravitazionali sono più indicate per tempi di carica e scarica più lunghi. Tuttavia, la domanda per un accumulo energetico di lunga durata è al momento ancora limitata. “Aumenterà quando ci saranno più impianti a energia rinnovabile collegati alla rete”, prevede Piconi.

Il CEO di Energy Vault non guarda solo alla Cina. Dei progetti di accumulo di energia sono già in corso negli Stati Uniti, nell’Africa meridionale e in Australia.

La batteria gravitazionale potrebbe essere una soluzione anche in alcuni Paesi europei, ritiene Robert Piconi. Ad esempio, nelle nazioni che stanno realizzando nuovi parchi eolici o grandi centrali solari, come Spagna o Italia. Oppure in quelle che si stanno lasciando alle spalle l’era del carbone e che potrebbero utilizzare gli scarti (cenere) per realizzare i blocchi di materiale da sollevare. “Penso alla Germania e agli Stati dell’Europa dell’est”, dice Piconi.

Le opportunità sembrano quindi essere ampie, a patto che le popolazioni locali non si oppongano agli edifici-batteria per ragioni estetiche, come spesso accade per parchi eolici e centrali solari.