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Set 14, 2018

L’energia? Può essere immagazzinata nei blocchi di cemento grazie alle gru e alla gravità

È la scommessa della startup svizzera Energy Vault che ha rispolverato la vecchia intuizione di Newton, ma con materiali più pesanti delle mele

L’immagazzinamento dell’energia è il vero grande problema delle energie pulite che vengono prodotte quando ci sono le condizioni giuste, per esempio quando c’è il sole oppure il vento, ma poi devono essere conservate per essere usate quando l’energia viene richiesta dalla rete di distribuzione, tipicamente di notte, nei momenti di calma piatta o quando il clima fa accendere condizionatori o stufette elettriche in milioni di case.

Quando parliamo di immagazzinamento dell’energia, dobbiamo avere ben chiaro il lasso di tempo che deve essere coperto con l’energia immagazzinata. Ore? Giorni? settimane?

Dove stoccare l’energia per lungo tempo?

Per i tempi brevi, le batterie sono la soluzione migliore. I costruttori di case autosufficienti (e di auto elettriche) stanno spingendo moltissimo per migliorare le prestazioni delle batterie al litio che, pur essendo una soluzione “costosa”, hanno nella compattezza e facilità d’uso dei vantaggi innegabili.

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Per i tempi lunghi, si ricorre ad una soluzione low-tech vecchia come il mondo: la gravità. L’idea di base risale e Newton che capì che la mela cade a causa dell’attrazione gravitazionale esercitata dalla massa della Terra. Una mela attaccata al ramo ha un certo quantitativo di energia potenziale gravitazionale. Guardandola non ce ne accorgiamo, ma, quando la mela si stacca e cade a terra, l’energia potenziale si trasforma in energia cinetica (e se ci colpisce, fa male). Più in generale, tutto ciò che cade sta restituendo l’energia potenziale che aveva immagazzinato. Più alto il salto, maggiore la velocità raggiunta, maggiore l’energia restituita.

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L’energia idroelettrica è prodotta sfruttando il salto dell’acqua che è stata immagazzinata sbarrando valli per costruire laghi artificiali. E’ stata la prima forma di energia rinnovabile ed è il modo più semplice (e più usato) di immagazzinare energia.

Quando viene prodotta più energia di quanto sia richiesto, il surplus energetico viene usato per pompare acqua in un serbatoio sopraelevato, lavorando contro il campo gravitazionale. L’energia spesa per trasportare l’acqua in alto non viene persa ma rimane immagazzinata nell’acqua sotto forma di energia potenziale gravitazionale. Poi, in giornate senza sole o senza vento, oppure quando c’è una richiesta molto alta di energia elettrica, l’acqua viene fatta scendere nelle condotte forzate e l’energia potenziale si trasforma in elettricità.

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Una soluzione semplice ed efficace, che, però, necessità di invasi sopraelevati dove pompare l’acqua. In altre parole, per fare immagazzinamento idroelettrico, occorrono condizioni geografiche particolari e, ovviamente, occorre acqua. In una regione piatta e desertica, per esempio, non si può fare.

Come funziona l’idea della startup elvetica Energy Vault

Per ovviare alla difficoltà, una startup svizzera, Energy Vault, ha messo a punto una variazione sul tema gravità basata sullo spostamento di blocchi di cemento attraverso un sistema ingegnoso centrato su una gru multibracci gestita in modo autonomo da un computer.

Dal momento che il cemento è più denso dell’acqua (pesa più del doppio per unità di volume) un metro cubo di cemento immagazzina più energia di un metro cubo d’acqua.

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Il gioco inizia con una gru alta 120 metri fornita di 6 bracci circondata da cilindri di cemento di 35 tonnellate l’uno disposti ordinatamente a terra sotto le braccia della gru ad occupare uno spazio circolare del diametro di circa 100m. Quando c’è surplus di energia, il computer ordina a uno o più bracci della gru di agganciare un blocco di cemento (che viene localizzato con una webcam) e accende il motore per sollevare il blocco e appoggiarlo sulla pila che si sta costruendo. Il vento potrebbe fare ondulare il blocco, ma il sistema è in grado di gestire questa evenienza. In questo modo, i blocchi vengono via via sollevati. Il sistema è completamente “carico” quando non ci sono più blocchi da alzare e contiene abbastanza energia per fare funzionare 2000 case per una intera giornata.

Se, in qualsiasi momento, ci dovesse essere bisogno di energia, il sistema localizza il blocco più in alto e lascia che la gravità lo trascini in basso facendo girare in motore, liberando l’energia potenziale che aveva immagazzinato. L’efficienza del sistema è valutata intorno all’85% (da paragonare al 90% delle batterie al litio). Lo schema è a metà tra le costruzioni Lego e Archimede pitagorico e si basa su tecnologia già collaudata, quindi economicamente conveniente. Si stima che il sistema potrebbe operare per 30 anni senza avere bisogno di manutenzione.

Curiosamente, la parte più costosa della torre potrebbero proprio essere i blocchi di cemento, semplicemente perché devono essere tanti. I progettisti pensano di tagliare i costi usando materiale di scarto, cioè quello che costruttori e manutentori di strade portano in discarica, mescolandolo al cemento. Dopo tutto, i blocchi della torre sono solo dei cilindri pesanti, non sono parti di piloni di ponti o di case.

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A Biasca, in Svizzera è stato costruito un impianto pilota con una gru di 20 metri che solleva blocchi da mezza tonnellata.  Swiss Vault ha dichiarato di avere ordini per costruire le prime torri nel 2019. Speriamo che riescano a trovare una nicchia nel mercato della gestione dell’energia, sfatando questa preoccupante considerazione: Startups of any kind fail more often than they succeed, and energy storage is a particularly difficult problem.

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