Un materiale che ha dato un vibrante blu per la formazione di schiuma interruzioni del famoso Giapponese stampa La Grande Onda di Kanagawa e instillato stesso colore nelle opere di Picasso e Monet è usato oggi per una completamente diversa ma altrettanto creativo compito: mantenere affamata di energia U.S. centri dati in esecuzione.
Il blu di Prussia, il pigmento sviluppato da un produttore di colori di Berlino all’inizio del xviii secolo, è un componente chiave nelle batterie fatte con sodio piuttosto che litio, che sono destinate a industrie diverse dai veicoli elettrici.
“È stato usato come pigmento, come colorante ed è stato un prodotto di consumo per secoli”, afferma Colin Wessells, amministratore delegato di Natron Energy Inc., a Santa Clara, California., il creatore di batteria dietro la tecnologia. “Inoltre risulta essere eccellente a immagazzinare gli ioni del sodio,” dice, con conseguente batteria con alto potere e vita di ciclo lunga.
Le batterie agli ioni di litio sono diventate onnipresenti negli ultimi tre decenni, utilizzate negli smartphone e nei veicoli elettrici-tra cui automobili come Tesla e Volkswagen, nonché autobus di BYD—e per immagazzinare energia rinnovabile da impianti solari o eolici. Anche così, non sono l’opzione migliore per tutte le potenziali applicazioni, perché danno la priorità alla densità di energia, che aiuta le auto a viaggiare più lontano, oltre alla longevità o alla stabilità. Ciò lascia spazio a tecnologie alternative per soddisfare parte della crescente domanda mondiale di batterie.
“Agli ioni di litio non è un one-size-fits-all soluzione,” dice Mitalee Gupta, un senior energy storage analyst a Boston per Wood Mackenzie. “Diverse tecnologie stanno iniziando a farsi strada e inizieranno a guadagnare quote di mercato.”
Le alternative agli ioni di litio che utilizzano materiali come zinco, vanadio o sodio si stanno dimostrando adatte per molte attività, in particolare lo stoccaggio stazionario utilizzato dalle utility per catturare energia rinnovabile e fornire elettricità ai consumatori ore dopo o per alimentare torri di telecomunicazione e siti industriali remoti come le miniere. Il settore è pronto per una crescita in aumento, con installazioni annuali che dovrebbero salire da 6 gigawattora l’anno scorso a circa 155 gigawattora in 2030, secondo i dati di BloombergNEF, il servizio di ricerca primario di Bloomberg LP sulla transizione energetica.
Natron, filata fuori dalla Stanford University nel 2012, ha raccolto circa million 70 milioni da investitori tra cui il gigante del petrolio e del gas Chevron Corp. e questo mese ha vinto Department 19 milioni nel Dipartimento di finanziamento dell’Energia. Si sta prendendo di mira le vendite di batterie per i sistemi di alimentazione di backup che mantengono i data center on-line in interruzioni e inizierà le spedizioni di questo trimestre per le telecomunicazioni e internet service provider clienti, dice Wessells, che ha rifiutato di nominare i clienti. L’avvio sta anche testando l’implementazione della tecnologia nella ricarica dei veicoli elettrici in un sito dimostrativo presso l’Università della California a San Diego.
La polvere blu di Prussia, prodotta combinando sale di ferro e sale di esacianoferrato—che nelle prime ricette risalenti agli anni 1720 implicava l’accensione e l’ebollizione di miscele di sangue e sostanze chimiche di bovini essiccati—offre ai produttori di batterie vantaggi chiave. È economico e ampiamente disponibile e le sue proprietà sono ben comprese. Più importante, la sua struttura chimica è ideale per gli elettrodi della batteria, i componenti che immagazzinano e rilasciano energia. Tutti gli elettrodi agiscono come spugne, Wessells dice, assorbendo ioni e poi rilasciandoli quando carica e scarica. Il blu di Prussia, tuttavia, consente agli ioni di passare avanti e indietro più facilmente rispetto ad altri materiali. Questa qualità rende i suoi elettrodi molto più duraturi rispetto agli elettrodi a base di carbonio e metallo delle batterie agli ioni di litio, che cadono a pezzi nel tempo.
La batteria agli ioni di sodio a basso costo è veloce da ricaricare, spesso in pochi minuti, e può fornire rapidamente brevi raffiche di energia. È un insieme diverso di punti di forza rispetto a quello delle batterie agli ioni di litio, apprezzate per la loro capacità di stipare grandi quantità di energia in piccoli volumi. “La nostra tecnologia non è appropriata per i veicoli elettrici, per gli aerei elettrici, per l’elettronica di consumo”, afferma Wessells.
C’è anche un vantaggio in termini di costi dall’utilizzo di materie prime più abbondanti e più economiche. Natron vende sistemi di batterie ai clienti dei data center ad un prezzo simile sia ai pacchetti di piombo-acido esistenti che ai prodotti agli ioni di litio, ma afferma che la sua tecnologia finisce per essere tre volte più economica a lungo termine a causa della durata della batteria.
“Il sodio è il sesto elemento più abbondante sulla Terra, è essenzialmente illimitato ed è sostenibile. Lo raccogli—non lo estrai così tanto”, afferma James Quinn, CEO di Faradion Ltd., uno sviluppatore di batterie di sodio-ion a Sheffield, Inghilterra, che recentemente ha colpito accordi per fornire il mercato di immagazzinamento di energia residenziale dell’Australia e per produrre batterie per veicoli commerciali in India.
Nei prodotti agli ioni di litio, le combinazioni di metalli costosi come nichel e cobalto significano che le materie prime possono rappresentare circa il 60% dell’intero costo della batteria, secondo BNEF. Anche la torbida catena di fornitura di Cobalto continua a turbare alcuni utenti finali. Tuttavia, i prezzi delle confezioni agli ioni di litio sono diminuiti di quasi il 90% dal 2010, poiché i volumi di produzione sono aumentati e la tecnologia è avanzata. Anche se i concorrenti li spremono da alcuni mercati, rimarranno la tecnologia delle batterie dominante.
Ma come batterie vengono aggiunti a una serie di prodotti—potenzialmente anche all’interno di abbigliamento per alimentare sistemi di raffreddamento—accelerando la domanda stimolerà la necessità di una più ampia gamma di tipi di batterie, utilizzando una suite di materie prime, dice Venkat Viswanathan, professore associato di ingegneria meccanica presso Carnegie Mellon. “Alla fine, praticamente ogni dispositivo con cui interagisci probabilmente avrà una batteria al suo interno”, dice. “E una volta arrivati a quella scala, avrai bisogno di una vasta varietà di celle.”- Con Akshat Rathi
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