Il rapporto illustra attività e risultati della ricerca svolta nel progetto “Materiali e tecnologie per l’accumulo di energia per il sistema elettrico”, che riguarda lo sviluppo dei Sistemi di Accumulo (SdA) di piccola taglia di tipo elettrochimico, nonché lo sviluppo del grande accumulo idroelettrico e del gas naturale. L’attività sui SdA di tipo elettrochimico è concentrata sullo sviluppo dei materiali elettrodici e dell’elettrolita. In particolare si intende realizzare una mono cella di una batteria sodio/cloruro di nichel ad alta temperatura (circa 300°C), in cui gli elettrodi sono metalli liquidi e l’elettrolita è un materiale ceramico solido iono-conduttivo (β” allumina).

Nel corso del presente piano di realizzazione (PAR) ci si è concentrati sulla realizzazione di una nuova struttura di cella, per consentire il primo riempimento dei materiali elettrodici in un unico comparto e “a freddo” e sulla realizzazione della β” allumina tramite una nuova tecnica di sintering, detta Spark Plasma Sintering (SPS). Un’altra attività riguarda lo sviluppo di una batteria a ioni Sodio (NIB) con anodo a base di materiali lamellari porosi, detti MXeni, realizzati trattando chimicamente (esfoliazione) carburi misti di metalli (es: Ti-Al, Ti-Si etc), appartenenti alla famiglia delle MAX-phases.

Nel corso del presente PAR sono stati realizzati e caratterizzati questi materiali per accertarne la capacità di intercalazione di ioni Sodio e per verificare di poterli impiegare come anodo in batterie NIB. Un’ultima attività sui SdA di tipo elettrochimico riguarda lo studio di batterie ai metalli fusi con sali allo stato liquido, utilizzati come elettroliti di trasporto degli ioni. Questa tecnologia, mutuata dal processo di elettrolisi utilizzato per produrre l’alluminio, non vede al momento alcun prodotto in commercio. L’obiettivo triennale è quello di iniziare una sperimentazione anche su questa batteria.

Nel corso del presente PAR sono stati analizzati vantaggi e svantaggi di questa tecnologia, valutando la differenza di potenziale di diverse coppie elettrodiche metalliche, caratterizzate anche sulla base di altri parametri, quali la temperatura di fusione, la densità (in modo da assicurare una stratificazione dei reagenti per gravità), la loro tossicità, la disponibilità in natura e il costo di approvvigionamento. L’attività sul grande accumulo ha anch’essa un orientamento tecnologico. In particolare si è studiato un innovativo sistema d’accumulo idroelettrico, mediante pompaggio sotterraneo in caverne. In sostanza un serbatoio (di monte o valle) è costituito da una cavità sotterranea connessa idraulicamente a un altro serbatoio di superficie.

Nel corso del presente PAR è stato fatto uno studio del potenziale nazionale di questa tecnologia (in particolare considerando un tipo di caverna a spirale realizzata tramite “talpe meccaniche”), determinando le aree geologicamente più idonee a realizzare impianti di questo tipo, stimando anche il costo di realizzazione e valutando macroscopicamente la fattibilità economica di un investimento. Un’altra attività sul grande accumulo riguarda lo stoccaggio del gas naturale e le problematiche di sicurezza relative allo sfruttamento per tale scopo di serbatoi esausti di idrocarburi. Nel corso del presente PAR è stato studiato, mediante simulazioni numeriche, il processo industriale di stoccaggio ed erogazione del gas in giacimenti profondi.

Nel dettaglio, le attività si sono concentrate su un’area, definita “Sergnano virtuale”, situata in Lombardia. Il sito è stato oggetto di indagini geologiche, utilizzate per realizzare un modello geologico statico 3D dell’area indagata e un successivo modello fluidodinamico 3D per la simulazione numerica di processi operativi di produzione e stoccaggio di gas naturale in serbatoi geologici per lo studio delle problematiche di sicurezza connesse con le variazioni di pressione indotte dai processi operativi stessi.