L’ENEA sviluppa batterie termiche per immagazzinare energia rinnovabile come calore, rendendo l’uso dell’elettricità più efficiente e sostenibile.
Capire perché lo stoccaggio dell’energia da fonti rinnovabili sia cruciale significa affrontare un problema semplice ma decisivo: il sole e il vento producono energia solo quando le condizioni lo permettono, mentre il consumo elettrico non sempre coincide con questi momenti. Le batterie chimiche tradizionali, come quelle al litio, permettono di immagazzinare elettricità. Ma il loro costo elevato e la dipendenza da materiali critici ne limitano l’uso su larga scala.
Una strada innovativa è rappresentata dallo stoccaggio elettro‑termico, un approccio che trasforma l’elettricità in calore e lo conserva in materiali a basso costo. L’accumulo termico di ENEA (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile), sviluppato dai ricercatori italiani, promette di creare “serbatoi di calore” pronti a rilasciare energia utile all’industria o alla rete elettrica, con un impatto economico e ambientale molto più contenuto rispetto alle batterie tradizionali. Vediamo come funziona l’invenzione tricolore.
Il limite dello stoccaggio chimico e l’intuizione del calore
Conservare energia sotto forma di elettricità chimica è il metodo più diffuso, ma anche il più costoso. Produrre una batteria richiede litio, cobalto e altri materiali rari, e la loro degradazione nel tempo riduce l’efficienza e la durata del sistema. Quando l’energia prodotta da fotovoltaico o eolico supera la domanda, gran parte di essa rischia di essere sprecata, perché le batterie tradizionali non possono immagazzinarne quantità illimitate.
L’idea alla base dello stoccaggio di calore da fonti rinnovabili è invece semplice ma potente: usare l’elettricità in eccesso per riscaldare materiali solidi o liquidi, come rocce, sabbia, sali o acqua, trasformandoli in veri e propri serbatoi di calore. Questo calore può poi essere recuperato per produrre energia termica o, tramite turbine e generatori, di nuovo elettrica, con perdite minime e costi molto più bassi, come spiega IRENA (International Renewable Energy Agency).
Rispetto alle batterie chimiche, i sistemi di accumulo termico offrono vantaggi significativi: materiali abbondanti e a basso costo, manutenzione minima, lunga durata e scalabilità. Le tecnologie di accumulo termico sviluppate da ENEA sfrutta proprio questo principio. Combina infatti ricerca avanzata e prototipi industriali per creare sistemi che possono adattarsi sia alle esigenze dell’industria che a quelle della rete elettrica, integrando in modo efficiente le rinnovabili intermittenti.
Il funzionamento: come si “carica” e si “scarica” una batteria termica
Nelle tecnologie di thermal energy storage (TES), l’energia elettrica in eccesso – ad esempio quella prodotta da fotovoltaico o eolico durante i picchi di generazione – viene trasformata in calore, immagazzinata e poi resa disponibile quando serve. Si tratta di un’alternativa al litio in Italia e nel mondo per immagazzinare energia termica senza ricorrere a materiali critici, con potenziali benefici per la rete elettrica, l’industria e il teleriscaldamento urbano. I sistemi TES includono soluzioni a calore sensibile (temperatura del materiale cambia), a calore latente (cambiamento di fase) e termochimici (reazioni reversibili), ciascuno con peculiarità diverse in termini di costi e prestazioni.
Il prototipo di accumulo termico di ENEA segue proprio questa filosofia. Si tratta di un blocco di materiali a basso costo riscaldato elettricamente, che può operare fino a temperature di diverse centinaia di gradi, offrendo un modo semplice e robusto di accumulare energia termica da e per la rete o per applicazioni industriali.
La fase di carica: resistenze elettriche e materiali di accumulo
La “fase di carica” di una batteria termica è il processo in cui si immagazzina energia termica. Quando la rete dispone di elettricità in surplus, tipicamente prodotta da impianti solari o eolici in momenti di bassa domanda, questa energia può essere convertita in calore:
- Conversione elettrica‑termica: l’elettricità in eccesso viene mandata attraverso resistenze elettriche industriali (simili a quelle di un forno, ma molto più potenti), che si riscaldano per effetto Joule e trasformano l’elettricità in calore.
- Riscaldamento del mezzo di accumulo: il calore generato viene trasferito a un mezzo di accumulo termico. In pratica, si scaldano materiali adatti a trattenere energia: possono essere sali fusi, materiali ceramici o speciali composti di cemento con fibre e additivi per migliorare la capacità termica, oppure materiali a cambiamento di fase (PCM), che immagazzinano grandi quantità di calore proprio nel passaggio tra solido e liquido.
- Stoccaggio ad alta temperatura: in sistemi avanzati come quello di ENEA, il blocco di accumulo può raggiungere temperature tra i 150 e i 400 °C, offrendo una grande capacità di stoccaggio termico in un volume relativamente contenuto.
Questo processo rappresenta il cuore del concetto di stoccaggio calore da fonti rinnovabili: si usa energia già disponibile per creare un “serbatoio di calore”, evitando di lasciarla sprecata e aumentando la flessibilità della rete.
La fase di scarica: vapore, teleriscaldamento o nuova elettricità
La “fase di scarica” è quella in cui l’energia termica immagazzinata viene resa nuovamente disponibile sotto forma utile:
- Uscita diretta come calore industriale: nelle industrie che necessitano di calore di processo, il calore accumulato può essere prelevato direttamente dal mezzo di accumulo e usato, ad esempio, per riscaldare reattori, forni o fluidi di processo.
- Teleriscaldamento urbano: il calore può essere ceduto a una rete di teleriscaldamento per fornire riscaldamento agli edifici o acqua calda alle utenze civili, sfruttando la capacità di TES di distribuire energia termica in modo continuo quando la domanda lo richiede.
- Riconversione in elettricità: un’altra possibilità è quella di trasformare il calore in vapore, che poi viene utilizzato per far girare una turbina collegata a un generatore. Questo ciclo, simile a quello di una centrale termoelettrica, permette di restituire energia come nuova elettricità alla rete nei momenti di picco della domanda.
Questa triplice possibilità di scarica rende i sistemi TES molto versatili: producono energia utile, migliorano la gestione delle fonti rinnovabili e offrono servizi di bilanciamento sia alla rete elettrica sia alle reti di calore urbana o industriale.
Tabella Dati: Confronto Tecnologico
Ecco una tabella che confronta in maniera sintetica le batterie termiche (TES) con le batterie agli ioni di litio, evidenziando vantaggi e limiti principali in termini di costi, durata, efficienza e impatto ambientale.
| Parametro | Batterie Termiche (TES) | Batterie agli Ioni di Litio |
| Costo dei materiali | Bassissimo: utilizzano materiali abbondanti come sali fusi, rocce, sabbia o scarti industriali | Alto: richiedono litio, cobalto, nichel, materie prime critiche con prezzi volatili e difficoltà di approvvigionamento |
| Degrado nel tempo | Quasi assente: vita utile > 20 anni, nessuna significativa perdita di capacità termica | Elevato: perdita di capacità significativa dopo 5-10 anni a seconda dei cicli di carica/scarica |
| Efficienza conversione Elettricità-Elettricità | Bassa: spesso < 50%, perché parte dell’energia viene persa nella conversione elettricità → calore → elettricità | Altissima: > 90%, direttamente immagazzinando elettricità chimica |
| Scalabilità | Molto alta: facile aumentare capacità aumentando volume di materiale di accumulo; adatta a impianti industriali e reti urbane | Limitata: aumento della capacità richiede più celle, costi elevati e gestione complessa |
| Impatto ambientale | Basso: materiali non critici, riciclabili o naturali, minore estrazione mineraria | Alto: estrazione e raffinazione di litio e cobalto impattano su ambiente e diritti umani |
| Flessibilità di utilizzo | Alta: può fornire calore diretto, vapore industriale, teleriscaldamento o elettricità | Limitata: fornisce solo elettricità, necessità di inverter e sistemi aggiuntivi per calore |
Le prospettive per il tessuto industriale italiano
La tecnologia delle batterie termiche sperimentata da ENEA non è pensata solo per grandi impianti o reti urbane, ma può avere un impatto diretto sul tessuto industriale italiano, dominato dalle piccole e medie imprese (PMI). Queste realtà, spesso energivore ma con budget limitati, possono trarre vantaggio dall’installazione di impianti fotovoltaici di media e grande taglia, abbinati a sistemi di stoccaggio calore da fonti rinnovabili.
Durante le ore di massima produzione solare, l’energia in eccesso può essere convertita in calore e immagazzinata in materiali a basso costo come rocce, sali fusi o materiali a cambiamento di fase, creando un serbatoio termico interno all’azienda. Di notte o durante i picchi di domanda, questo calore viene rilasciato per alimentare direttamente i processi produttivi, come forni, caldaie o fluidi termici, riducendo la dipendenza dalle fonti fossili e proteggendo le imprese dalla volatilità dei prezzi del gas.
Oltre al risparmio economico, il sistema favorisce la sostenibilità: le PMI possono ridurre le emissioni, aumentare l’autosufficienza energetica e integrare in modo più efficiente le fonti rinnovabili intermittenti nella propria catena produttiva. In prospettiva, la diffusione di queste batterie termiche potrebbe trasformare molte fabbriche italiane in veri e propri hub energetici locali, pronti a gestire in autonomia il proprio fabbisogno e a contribuire alla stabilità della rete nazionale.
