Come funzionano le “batterie a CO2”, alternativa al litio per l’accumulo di energia

Una batteria a CO₂ è definita tecnicamente un accumulo energetico di lunga durata (Long Duration Energy Storage, LDES) in cui si sottopone l'anidride carbonica a un ciclo termodinamico in cui la CO₂ si liquefa durante la carica e torna gassosa nella fase di scarica. Come altri tipi di accumuli, questi sistemi sono fondamentali per la transizione energetica perché permettono di accumulare l'energia non programmabile prodotta da fonti rinnovabili e restituirla nei periodi in cui questa non è disponibile, per esempio per l'energia solare durante la notte, oppure per l'energia eolica quando cala il vento, senza produrre emissioni di alcun tipo. Energy Dome, azienda italiana che realizza sistemi di questo tipo, ha recentemente siglato un accordo con Google per fornire sistemi di stoccaggio ad anidride carbonica che alimentino le operazioni del colosso di Mountain View con una tecnologia più sostenibile a livello ambientale.

Le batterie a CO₂ non producono emissioni perché operano tramite un ciclo chiuso. Deve essere presente un accumulo di anidride carbonica gassosa, chiamata duomo o dome in inglese, da cui inizia il ciclo. L'energia elettrica prodotta da una fonte rinnovabile è utilizzata per alimentare un compressore che comprime l'anidride carbonica in modo che questa si scaldi. In seguito viene inviata a un accumulatore termico in cui il calore accumulato è rilasciato tramite un condensatore all'acqua di raffreddamento. A questo punto l'anidride carbonica, essendosi raffreddata e avendo aumentato la sua pressione, passa allo stato liquido. Lo stoccaggio di CO₂ liquida avviene in bombole di acciaio opportunamente isolati contro il calore e resistenti alle pressioni necessarie per questo tipo di stoccaggio.

Quando è necessario consumare l'energia accumulata, il sistema funziona in maniera esattamente opposta. L'anidride carbonica liquida inizia a fuoriuscire dalle bombole, viene preriscaldata con lo scambiatore di calore ad acqua ed entra in una turbina. Questa non è altro che il macchinario opposto rispetto al compressore, perché in questo caso è il gas, cioè la CO₂, che cede la sua energia alla turbina e le permette di generare energia elettrica. A questo punto l'anidride carbonica, una volta tornata allo stato gassoso, si accumulata nuovamente nel duomo.

L'efficienza del ciclo si aggira attorno a valori del 75% circa: in altre parole, per ogni 100 kWh di energia rinnovabile prodotta e "stoccata", si ottengono circa 75 kWh di energia quando questa è effettivamente richiesta. Lo stoccaggio di energia sotto forma di anidride carbonica liquida può durare dalle 8 alle 24 ore, rendendo questo sistema accoppiabile quasi automaticamente ad un impianto fotovoltaico. Le batterie al litio possono avere capacità di stoccaggio di qualche centinaio di megawattora e capacità di generazione di decine di megawatt.

L'efficienza di un sistema di stoccaggio di energia ad anidride carbonica è inferiore rispetto a quello delle batterie al litio, che raggiungono un'efficienza dell'85-90%, valore che però degrada piuttosto rapidamente all'aumentare dei cicli di carica-scarica. Le batterie a CO₂ invece si degradano molto meno rapidamente: la vita utile di un sistema di questo tipo sembra essere superiore ai 30 anni. Anche il costo è vantaggioso rispetto al litio: a parità di energia prodotta, il costo di batterie al litio sembra anche essere maggiore del 70% rispetto a quello di un sistema a CO₂. Inoltre, le batterie ad anidride carbonica non necessitano di componenti critici come terre rare o altri materiali difficili da estrarre.

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