Lo stoccaggio di energia ad aria compressa trasforma caverne e miniere dismesse in grandi riserve per le rinnovabili.
La crescita dell’energia prodotta da fonti rinnovabili come sole e vento porta con sé una sfida sempre più importante: come conservare l’elettricità quando la produzione supera la domanda e renderla disponibile quando serve? Per rispondere a questa esigenza stanno assumendo un ruolo centrale i sistemi di accumulo energetico di lunga durata (LDES). Questi sono pensati per immagazzinare grandi quantità di energia e restituirle alla rete anche per diverse ore. Tra le soluzioni in fase di sviluppo e applicazione rientra l’accumulo ad aria compressa, noto anche come accumulo CAES dall’inglese Compressed Air Energy Storage.
A differenza delle batterie elettrochimiche, questa tecnologia utilizza l’aria come mezzo per conservare l’energia e può sfruttare anche infrastrutture sotterranee, come caverne geologiche o strutture minerarie dismesse. Si inserisce così nel più ampio panorama dello stoccaggio dell’energia senza batterie, particolarmente interessante per gli impianti rinnovabili di grande scala e per le esigenze di flessibilità delle reti elettriche. Studi e analisi tecniche indicano inoltre una lunga vita operativa e, nelle configurazioni più avanzate, rendimenti di ciclo che possono arrivare nell’ordine del 70–75%.
Ma che cos’è l’accumulo ad aria compressa? La risposta richiede di guardare più da vicino a una tecnologia che trasforma l’energia elettrica in una forma di energia immagazzinabile, con l’obiettivo di restituirla alla rete nei momenti di maggiore necessità.
La sfida dello stoccaggio energetico di lunga durata
La transizione verso eolico e fotovoltaico deve fare i conti con la discontinuità della produzione, cioè con l’intermittenza legata alla variabilità del vento e dell’irraggiamento solare. Diventa quindi necessario disporre di sistemi di accumulo capaci di conservare l’elettricità quando viene prodotta in eccesso e restituirla quando la domanda aumenta.
I tradizionali sistemi BESS basati sulle batterie agli ioni di litio sono particolarmente indicati per applicazioni di breve durata e per servizi come la regolazione della frequenza. Ma sono meno convenienti quando occorre aumentare significativamente la durata dello stoccaggio. Per accumuli multi-giornalieri o stagionali, nell’ordine di 8-24 ore, entrano così in gioco tecnologie LDES alternative alle batterie.
Tra queste rientra lo stoccaggio ad aria compressa, o CAES (Compressed Air Energy Storage), una soluzione infrastrutturale che permette di accumulare grandi quantitativi di energia attraverso un sistema meccanico. Il suo interesse per lo stoccaggio di lunga durata deriva anche dal possibile disaccoppiamento tra potenza e capacità. La quantità di energia accumulabile si può aumentare agendo sul sistema di stoccaggio, mentre i componenti di conversione si possono dimensionare in funzione della potenza richiesta. Inoltre, alcune tecnologie di storage alternative al litio mostrano costi che diminuiscono sensibilmente con l’aumento delle dimensioni dell’impianto.
Secondo gli studi di settore, Il CAES è particolarmente adatto a durate di erogazione da 8 a oltre 24 ore continue e presenta un ulteriore elemento di interesse nella lunga vita delle infrastrutture geologiche, che può superare i 40 anni, rispetto ai circa 10-12 anni indicati per le batterie al litio nel confronto proposto dal brief.
I nuovi sistemi CAES
L’aria è un fluido comprimibile e il suo comportamento termodinamico è fondamentale per capire come funziona il Compressed Air Energy Storage (CAES). Durante la compressione, infatti, l’energia meccanica fornita dai compressori si trasforma anche in calore: aumentando la pressione dell’aria, aumenta significativamente la sua temperatura. Nei sistemi CAES destinati allo stoccaggio sotterraneo, le pressioni operative possono raggiungere valori nell’ordine di 50-70 bar.
Da questo comportamento nasce la principale differenza tra le due generazioni della tecnologia. Nei sistemi CAES diabatica (D-CAES), come quello storico di Huntorf, in Germania, il calore prodotto durante la compressione non viene conservato per essere riutilizzato nella fase successiva. Quando l’aria compressa viene fatta espandere per produrre elettricità, è quindi necessario fornire nuovamente calore dall’esterno. Nei sistemi A-CAES (Advanced Adiabatic CAES), invece, il calore della compressione viene recuperato e conservato in un sistema di accumulo termico, per essere poi restituito all’aria durante l’espansione
La gestione del calore e il salto di efficienza dei sistemi A-CAES
Il recupero del calore rappresenta uno dei passaggi più importanti nell’evoluzione del CAES. Nel sistema di Huntorf, entrato in funzione nel 1978, l’efficienza elettrica è stata documentata intorno al 42-46%: durante la fase di scarica l’aria deve essere riscaldata utilizzando gas naturale, necessario per ottenere condizioni adeguate all’espansione nella turbina. Il calore generato durante la compressione, infatti, non viene recuperato.
L’A-CAES modifica questo schema conservando il calore di compressione in un sistema di Thermal Energy Storage (TES), che può utilizzare materiali solidi, fluidi termici o altre soluzioni ad alta temperatura. Durante la scarica, il calore accumulato viene trasferito nuovamente all’aria prima della sua espansione nella turbina. In questo modo si riduce o si elimina la necessità di ricorrere a combustibili fossili per il riscaldamento dell’aria e aumenta l’efficienza complessiva del ciclo.
Il salto di rendimento rispetto ai sistemi storici può essere significativo: dalla fascia di circa 45% dei CAES di prima generazione si può arrivare, in specifiche configurazioni A-CAES studiate in letteratura, a valori nell’ordine del 70-75%. Uno studio, per esempio, riporta un rendimento del 70-75% per una configurazione A-CAES con accumulo termico a letto impaccato.
Il funzionamento del ciclo di compressione ed espansione nelle cavità sotterranee
Il ciclo energetico del CAES può essere suddiviso in due momenti fondamentali. Durante la fase di carica, l’elettricità rinnovabile disponibile in eccesso alimenta i motori elettrici collegati ai compressori. L’aria viene progressivamente portata ad alta pressione e immagazzinata nella cavità sotterranea, mentre nei sistemi A-CAES il calore prodotto dalla compressione viene contemporaneamente recuperato e conservato nel sistema termico.
Nella fase di scarica, il processo viene invertito. L’aria compressa viene fatta risalire dalla cavità e, nei sistemi A-CAES, viene riscaldata utilizzando il calore precedentemente accumulato. L’aria ad alta pressione viene quindi fatta espandere attraverso le turbine, trasformando nuovamente l’energia immagazzinata in energia meccanica. I generatori collegati alle turbine convertono infine questa energia in elettricità da immettere nella rete.
Il riuso delle caverne e delle miniere dismesse come polmoni energetici
Per immagazzinare grandi volumi di aria compressa, costruire in superficie enormi serbatoi d’acciaio sarebbe una soluzione dai costi proibitivi. La vera svolta consiste quindi nell’utilizzare il sottosuolo come un vero e proprio polmone energetico, sfruttando le cavità geologiche naturali e gli spazi già disponibili. Tra le soluzioni più interessanti ci sono i duomi di sale, realizzati attraverso la dissoluzione della roccia salina mediante acqua, che offrono grandi volumi, elevata tenuta e stabilità anche a pressioni elevate.
Un’altra possibilità è rappresentata dalle miniere di carbone o metalli dismesse, i cui ingenti volumi sotterranei possono essere recuperati e adattati allo stoccaggio dell’aria compressa. La letteratura scientifica individua infatti miniere abbandonate, cavità in roccia e caverne saline tra le principali infrastrutture sotterranee potenzialmente utilizzabili per il CAES. Il riuso di queste strutture permette inoltre di valorizzare infrastrutture esistenti nell’ambito di processi di rigenerazione territoriale.
Il vantaggio del CAES emerge ancora meglio mettendo a confronto le principali tecnologie di accumulo energetico:
| Tecnologia di accumulo | Densità di costo per kWh | Durata tipica dell’erogazione | Impatto ambientale e materie prime |
| Batterie al Litio (BESS) | Elevato (degrado celle dopo 10 anni) | 1-4 ore | Estrazione di litio, cobalto e nichel |
| Stoccaggio ad Aria Compressa (A-CAES) | Molto Basso su grande scala | 8-24+ ore | Zero materiali rari, riuso di miniere esistenti |
| Pompaggio Idroelettrico (PHES) | Contenuto (limitato dalla topografia) | 6-12 ore | Elevato impatto su valli e bacini idrici |
Il confronto evidenzia quindi il ruolo del CAES come soluzione infrastrutturale per lo stoccaggio di lunga durata: a fronte di una durata di erogazione che può estendersi per 8-24 ore o più, può sfruttare grandi cavità sotterranee e infrastrutture minerarie esistenti, riducendo la necessità di ricorrere a grandi quantità di materiali tipici delle batterie.
Il valore della rigenerazione industriale
Il riuso delle ex miniere per lo stoccaggio ad aria compressa trasforma un problema di dismissione industriale in un’opportunità di economia circolare. Pozzi, cunicoli e cavità già esistenti possono infatti acquisire una seconda funzione infrastrutturale, evitando di occupare nuovo suolo in superficie e creando nuove opportunità per le competenze tecniche e professionali presenti nei territori minerari. In questo modo si possono integrare queste strutture nei nuovi sistemi energetici, con vantaggi in termini di utilizzo dello spazio e riduzione dei costi di nuove opere sotterranee, con risultati fino al 100% di riuso di strutture sotterranee esistenti.
In questo senso, il consumo di suolo legato alla realizzazione del volume di stoccaggio sotterraneo può essere considerato nullo rispetto alla costruzione di una nuova cavità, quando si riutilizzano integralmente strutture già disponibili. Le caverne saline possono inoltre raggiungere capacità dell’ordine delle decine o, in configurazioni particolarmente grandi, delle centinaia di GWh, mostrando il potenziale dello stoccaggio geologico su scala territoriale.
La risposta alle domande frequenti sullo stoccaggio senza batterie chimiche
Rispondiamo ora ai quesiti più comuni.
Come accumulare energia senza batterie? Una delle possibilità è utilizzare il CAES, cioè lo stoccaggio ad aria compressa: l’elettricità in eccesso alimenta i compressori, mentre l’aria viene conservata ad alta pressione in una cavità sotterranea e successivamente espansa per produrre nuovamente elettricità.
Qual è il rendimento dell’aria compressa? Dipende dalla configurazione dell’impianto: i sistemi A-CAES più evoluti possono raggiungere rendimenti di ciclo intorno al 70%, mentre studi su specifiche configurazioni sotterranee hanno ottenuto valori analoghi.
Che cos’è l’accumulo CAES? È una tecnologia di accumulo meccanico che conserva energia sotto forma di aria compressa, senza utilizzare celle elettrochimiche. Il mezzo di stoccaggio è quindi l’aria e non una miscela di materiali attivi come litio, nichel o cobalto. Questo elimina il rischio di incendio tipico della chimica delle batterie e la dipendenza dalle relative materie prime; naturalmente, come ogni infrastruttura industriale ad alta pressione, un impianto CAES richiede specifici sistemi di controllo, sicurezza e monitoraggio.
Il ruolo delle caverne nel futuro delle smart grid europee
Lo stoccaggio energetico di lunga durata è destinato ad assumere un ruolo sempre più importante nella trasformazione delle reti elettriche europee. La Commissione europea considera infatti l’energy storage uno strumento essenziale per aumentare flessibilità, affidabilità e stabilità del sistema, soprattutto mentre crescono la produzione fotovoltaica e quella eolica. Nel 2026 la Commissione ha inoltre indicato come obiettivo di sistema 200 GW di capacità di stoccaggio entro il 2030, partendo da circa 55 GW nel 2026, comprendendo sia tecnologie di breve sia di lunga durata.
In questo scenario, le caverne sotterranee possono diventare una delle infrastrutture attraverso cui integrare grandi quantità di energia rinnovabile per molte ore o più giorni. Il CAES permette infatti di separare la potenza dalla capacità di accumulo e di sfruttare volumi geologici difficilmente replicabili con i sistemi elettrochimici. Le ex miniere e le caverne saline possono così trasformarsi in veri polmoni energetici territoriali, collegati alle smart grid e capaci di restituire elettricità quando la produzione da sole e vento diminuisce.
Il riferimento ai 50 GWh entro il 2030 va però ricondotto correttamente al contesto nazionale: il Joint Research Centre della Commissione europea riporta che Terna ha aggiornato a 50 GWh il fabbisogno italiano di stoccaggio per il 2030 nell’ambito del meccanismo MACSE. Non si tratta quindi di un target LDES europeo complessivo, ma di un ordine di grandezza significativo per il sistema italiano.
La prospettiva è comunque più ampia: trasformare progressivamente il sottosuolo europeo in una rete di “caverne energetiche” significherebbe valorizzare risorse geologiche e infrastrutture già presenti, aumentare l’autonomia delle reti e ridurre l’esposizione alle forniture estere di combustibili e materiali critici. Per i consumatori, una maggiore capacità di accumulo significa anche reti più resilienti e una minore vulnerabilità alle oscillazioni dei prezzi dell’energia.
