Materiali avanzati sempre più sostenibili, performanti, sicuri e a basso costo per una nuova generazione di batterie green: è quanto intende sviluppare ORANGEES[1], un progetto da 4 milioni di euro, che vede in campo una partnership tutta italiana composta dal Consiglio nazionale delle ricerche (capofila), ENEA, Consorzio interuniversitario nazionale per la scienza e tecnologia dei materiali, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Ricerca sul Sistema Energetico (RSE) e Standex International Corp.
“Il progetto è rivolto a contribuire al conseguimento degli obiettivi altamente sfidanti richiesti a livello comunitario nel settore energetico e recepiti dall’Italia attraverso il PNIEC, il Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima, attualmente aggiornato alla luce delle recenti crisi geopolitiche. L’obiettivo è favorire l’innovazione, la sostenibilità e i futuri nuovi business verso quelli che saranno i settori emergenti del mercato lungo tutta la catena del valore che interessa il dispositivo di accumulo elettrochimico, attraverso scelte più consapevoli, a partire dalla progettazione di quella che sarà la batteria del futuro”, afferma Alessandra Di Blasi, ricercatrice dell’Istituto di tecnologie avanzate per l’energia ‘Nicola Giordano’ (Itae) del Cnr, responsabile scientifico di ORANGEES.
Le attività di ricerca sono rivolte allo studio di nuovi materiali sia ibridi (organici/inorganici) che prettamente organici ottenuti da scarti dell’industria agroalimentare (caseina, siero del latte, cheratina, fico d’India e cellulosa). L’obiettivo del progetto è quello di validare i nuovi materiali sia per prestazioni elettrochimiche che per incrementarne la sostenibilità ambientale, diminuendo sempre più in questi sistemi di accumulo la componente inorganica, come litio e cobalto, metalli che rientrano nella lista Ue delle 34 materie prime critiche.
Nello specifico, ENEA si occuperà della selezione di scarti e sottoprodotti naturali verificandone l’utilizzo come materie prime per produrre membrane ed elettrodi green. “Questo approccio intende ridurre le criticità legate allo smaltimento delle batterie, creando nuove sinergie industriali in accordo ai principi dell’economia circolare”, spiega 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.
Il progetto ORANGEES prevede cinque linee di ricerca, di cui tre dedicate alle attività sperimentali sui materiali utilizzati per i componenti[2] di batterie e super condensatori. La prima delle tre linee sperimentali è orientata alla realizzazione di componenti ibridi e favorire l’abbassamento dei costi a parità di performance, ma anche al miglioramento delle prestazioni di accumulo (soprattutto rispetto al litio) e della sicurezza (con lo sviluppo di elettroliti semi-solidi).
La seconda linea sperimentale è rivolta allo studio di diverse tipologie di composti organici come potenziali sostituti dei materiali presenti negli attuali sistemi di accumulo; saranno validate nuove soluzioni tecnologiche per mantenere le performance delle batterie “tradizionali”, consentendo al tempo stesso di ridurre l’impatto ambientale, dalla produzione allo smaltimento. Quest’ultimo aspetto è ancora più centrale nella terza linea di ricerca focalizzata sui materiali organici derivanti dal riutilizzo di scarti industriali, per individuare soluzioni “green” di facile reperibilità o provenienti da processi di economia circolare di altre filiere.
I materiali organici più promettenti saranno successivamente investigati attraverso simulazioni al computer, analisi del ciclo di vita e test condotti in collaborazione con il partner industriale Standex International per verificare il potenziale beneficio a livello di prestazioni elettrochimiche finali.
Attualmente le batterie agli ioni di litio rappresentano il sistema di accumulo dell’energia dominante nel mercato dei dispositivi elettronici portatili e dei sistemi di autotrasporto elettrico/ibrido-elettrico. Tuttavia, nell’ultimo decennio, la domanda di litio è aumentata rapidamente e il suo consumo è cresciuto del 7-10% l’anno. In un simile scenario, risulta evidente la necessità di sviluppare chimiche alternative per nuovi sistemi di stoccaggio dell’energia che siano basati su materie prime abbondanti ed economiche, da integrare nella strategia di sfruttamento sostenibile dell’energia da fonti rinnovabili. Anche la sicurezza rimane un requisito essenziale e i problemi legati all’uso di elettroliti liquidi a base di solventi infiammabili, volatili e tossici devono ancora essere affrontati.
“La recente roadmap sui sistemi di accumulo elettrochimico stilata dalla piattaforma tecnologica europea ETIP Batteries Europe mostra, infatti, come l’evoluzione nel medio-lungo termine guardi a batterie di ultima generazione basate su nuovi meccanismi di funzionamento (sistemi a conversione e stato solido) e a materiali alternativi. Tra questi ultimi, risultano di interesse i composti organici, come quelli che saranno sviluppati e caratterizzati all’interno del progetto ORANGEES”, conclude Giulia Monteleone, direttrice del Dipartimento ENEA di Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili.
[1] ORgANics for Green Electrochemical Energy Storage
[2] Elettroliti, binder e materiale attivo
