L'attuale tecnologia delle batterie agli ioni di litio probabilmente non sarà in grado di gestire l'enorme domanda di energia dei prossimi decenni. Si stima che entro il 2050, l'elettricità rappresenterà il 50 per cento del mix energetico mondiale. Oggi, quel tasso è del 18 per cento. Ma la capacità installata per la produzione di energia rinnovabile dovrebbe quadruplicare. Ciò richiederà batterie più efficienti, più economico e rispettoso dell'ambiente.

Una delle alternative studiate oggi in molte parti del mondo è la batteria al litio-aria. Alcuni degli sforzi brasiliani nella ricerca di tale dispositivo sono stati presentati il ​​secondo giorno della FAPESP Week London, tenutosi dall'11 al 12 febbraio, 2019.

"Oggi si parla molto di auto elettriche. Alcuni paesi europei stanno anche pensando di vietare i motori a combustione. Inoltre, le fonti rinnovabili come l'energia solare hanno bisogno di batterie per immagazzinare ciò che viene generato durante il giorno attraverso la radiazione solare, " disse Rubens Maciel Filho, un professore presso la Scuola di Ingegneria Chimica dell'Università di Campinas (UNICAMP).

La batteria al litio-aria, attualmente funzionante solo su scala di laboratorio, utilizza l'ossigeno ambientale come reagente. La batteria immagazzina energia aggiuntiva attraverso una reazione elettrochimica che porta alla formazione di ossido di litio.

"È un modo sostenibile per immagazzinare energia elettrica. Con i progressi, può supportare numerosi cicli di scarica/carica. Ha un grande potenziale per l'uso nel trasporto, in veicoli leggeri e pesanti. Può funzionare anche nelle reti di distribuzione di energia elettrica, " ha detto il ricercatore.

Ma trasformare gli esperimenti in prodotti commercialmente validi implica la comprensione dei fondamenti delle reazioni elettrochimiche che si verificano nel processo.

"Richiede anche lo sviluppo di nuovi materiali che ci permettano di sfruttare le reazioni desiderabili e ridurre al minimo o evitare quelle indesiderabili, "disse Maciel, direttore del New Energy Innovation Center (CINE). Con unità in UNICAMP, l'Istituto di ricerca sull'energia nucleare (IPEN) e l'Istituto di chimica di São Carlos presso l'Università di São Paulo (USP), il centro è supportato da FAPESP e Shell nell'ambito dell'Engineering Research Centers Program (ERC).

Ha continuato spiegando che alcuni dei fenomeni devono essere osservati in operando, o in altre parole, in tempo reale. "L'idea è di tenere traccia delle reazioni che si verificano negli esperimenti dinamici e delle diverse specie chimiche che si formano, anche se temporaneamente.

Altrimenti, alcune fasi del processo si perdono e la batteria diventa inefficiente in termini di tempo di carica e durata della carica."

Per effettuare queste misurazioni, i ricercatori stanno utilizzando il National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) presso il Centro brasiliano per la ricerca sulla luce in energia e materiali (CNPEM), situato a Campinas.

Un altro progetto presentato durante la sessione ha riguardato le batterie zolfo-aria. Nonostante non sia altrettanto efficiente, costano poco e immagazzinano energia per molte ore. "Possono immagazzinare energia fino a 24 ore a un costo molto basso. I suoi ingredienti principali sono zolfo e soda caustica e sono estremamente economici. Ecco perché stiamo investendo in loro, " ha detto Nigel Brandon, professore all'Imperial College.

A causa di queste caratteristiche, le batterie zolfo-aria possono essere utilizzate in casa o in azienda. Brandon crede, però, che il loro maggior potenziale è nelle stazioni di ricarica per auto elettriche, che diventerà molto più comune a causa dell'obiettivo europeo di ridurre le emissioni di carbonio dell'80% entro il 2050.

"È importante sottolineare il fatto che i diversi progetti di batterie non sono in competizione tra loro ma piuttosto si completano a vicenda, " ha detto Geoff Rodgers della Brunel University di Londra, facilitatore di sessione.

Sole, idrogeno e biocarburanti

Batterie più efficienti sono particolarmente importanti in uno scenario in cui si prevede un aumento dell'uso dell'energia solare. Il picco di radiazione solare durante il giorno richiederà la necessità di un efficiente accumulo di energia in modo che possa essere sfruttato durante la notte.

Maciel ha anche parlato di un progetto al CINE per sviluppare celle fotovoltaiche più efficienti che potrebbero essere utilizzate in futuro per convertire l'energia solare in elettricità e per ottenere prodotti chimici, o anche idrogeno dall'idrolisi dell'acqua.

L'idrogeno liquido è un combustibile molto efficiente, ma la sua produzione comporta costi energetici elevati. È una delle opzioni prese in considerazione nel Regno Unito poiché i biocarburanti non sono praticabili come in Brasile.

"Stiamo cercando nuovi enzimi batterici per l'ossidazione della lignina, un polimero aromatico che costituisce oltre il 25% delle pareti cellulari delle piante e fa parte dei residui della produzione di biocarburanti. L'obiettivo è sviluppare nuovi prodotti come i biocarburanti, nuove materie plastiche e prodotti chimici per l'industria, ", ha detto Timothy Bugg dell'Università di Warwick.