Rinnovabili • batteria di sale

Una batteria di sale per raccogliere l’energia degli estuari

Sviluppata in Cina una nuova membrana semipermeabile nanofuidica che raccoglie energia osmotica dai gradienti salini e la converte in elettricità. Il dispositivo ha raggiunto una densità di potenza in uscita di 11,7 W/m

batteria di sale
Credits: Adattato da ACS ENERGY LETTERS 2024, DOI: 10.1021/ACSENERGYLETT.4C00320

 La nuova batteria di sale ha funzionato ininterrottamente per 16 giorni

Arriva da uno studio dell’Anhui Agricultural University e della Guangxi University, in Cina, una nuova “batteria di sale” in grado di raccogliere l’energia degli estuari con un’efficienza più che doppia rispetto alle tecnologie di elettrodialisi inversa attualmente in commercio. Il segreto del successo? Una innovativa membrana strutturata a strati di cellulosa e plastica, che crea due percorsi ben definiti e distanziati per ioni ed elettroni.

Energia osmotica, cos’è e come funziona?

È chiamata energia osmotica, del gradiente salino o molto più semplicemente energia blu e rappresenta la nuova frontiera del mondo delle rinnovabili. Ottenibile dalla differenza di pressione osmotica tra acqua dolce e acqua di mare, può essere considerata una peculiarità di tutti gli estuari fluviali, ma riuscire a sfruttarla è un processo non facile. Il problema principale è che si tratta di un campo abbastanza nuovo. La teorizzazione dell’esistenza dell’energia osmotica risale a metà degli anni ’50 ma per ottenere dei primi dispositivi di sfruttamento si dovette attendere il 1973. Da allora ad oggi il mondo della ricerca ha compiuto diversi progressi, soprattutto lato costi – il più grande tallone d’Achille per il segmento – ma i meccanismi alla base di questa energia rimangono poco conosciuti.

Allo stato attuale esistono diversi metodi per sfruttare il potenziale degli estuari, ma due tecnologie in particolare risultano più avanti delle altre sul fronte della disponibilità commerciale:  l’osmosi ritardata dalla pressione (Pressure Retarded Osmosis  – PRO) e l’elettrodialisi inversa (Reverse ElectroDialysis – RED). Nel primo caso l’acqua di mare viene pompata in una camera che si trova a una pressione inferiore alla differenza tra la pressione dell’acqua salata e quella dell’acqua dolce; nel secondo l’acqua di mare e l’acqua dolce vengono fatte passare attraverso una pila di membrane a scambio cationico e anionico alternate, creando quella che nell’ambiente è stata ribattezzata con il nome di batteria di sale. Da non confondere con le batterie termiche a sali fusi, o quelle elettrochimiche a base di ioni di Sodio (Na+).

La nuova batteria di sale ad “alta” densità di potenza

Come spiegato precedentemente, questa tipologia di salt battery genera elettricità dalle differenze di pressione causate dal gradiente salino. Per uniformare tale gradiente, gli ioni caricati positivamente dell’acqua di mare, come il sodio, fluiscono attraverso il sistema verso l’acqua dolce, aumentando la pressione sulle membrane. Come raccogliere più energia osmotica possibile? Assicurando una bassa resistenza elettrica interna e consentendo agli elettroni di fluire facilmente nella direzione opposta degli ioni.

Il lavoro di Dongdong Ye, Xingzhen Qin e colleghi si inserisce esattamente a questo livello. Il team ha progettato una innovativa membrana semipermeabile per la RED contenente nanocanali separati per il trasporto di ioni e di elettroni. Il gruppo ha realizzato la membrana inserendo un idrogel di cellulosa caricato negativamente (per il trasporto di ioni) tra strati di un polimero organico elettricamente conduttivo chiamato polianilina (per il trasporto di elettroni). Questo disaccoppiato dei percorsi ha mostrato di riuscir a determinare una maggiore conduttività ionica e una minore resistività rispetto alle membrane omogenee realizzate con gli stessi materiali.

I test effettuati in laboratorio, simulando un estuario naturale, hanno fatto registrare per la nuova batteria di sale una densità di potenza in uscita di 11,7 W/m. Ossia 2,34 volte superiore a quella di una membrana RED commerciale. Non solo. Il dispositivo ha mantenuto le sue prestazioni per 16 giorni di funzionamento continuo, dimostrando le sue prestazioni stabili e a lungo termine sott’acqua. La ricerca è stata pubblicata su ACS Energy Letters.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • hitachi rail

I treni a batteria di Hitachi Rail conquistano l’Europa

Anticipando il futuro, Hitachi Rail sta lavorando a soluzioni capaci di rimpiazzare il diesel nei treni per le tratte non elettrificate

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Fonte: Hitachi Rail

In Europa il 40% delle linee ferroviarie non sono elettrificate. In alcune tratte si arriva al 60%. Se è vero che il settore è quello meno impattante sul clima tra le diverse modalità di trasporto, è altrettanto vero che dovrà crescere nel prossimo futuro. Le esigenze di decarbonizzazione nell’Unione Europea impongono infatti di trasformare la mobilità e favorire le soluzioni più sostenibili. Tra queste, il trasporto su rotaia si candida a tirare la volata. Anticipando il futuro, Hitachi Rail sta lavorando proprio all’implementazione di soluzioni capaci di risolvere un problema chiave: l’utilizzo della propulsione diesel nei treni per le tratte non elettrificate. Per superare lo scoglio, Marco Sacchi, Senior Director Global Platforms & Innovation di Hitachi Rail, lavora alla progettazione di treni ibridi a batteria. Sacchi ha sviluppato diversi prodotti dell’azienda multinazionale negli ultimi anni: dal Frecciarossa 1000 ai treni a doppio piano, all’alta velocità inglese fino ai più moderni treni a batteria. Oggi si occupa di sviluppare le piattaforme globali, le tecnologie verdi, l’ecodesign e l’innovazione digitale dei prodotti per la mobilità ferroviaria che verranno realizzati nei prossimi anni da Hitachi Rail. L’abbiamo incontrato per conoscere le principali innovazioni del settore e gli scenari che un uso crescente delle batterie al litio nel trasporto ferroviario apre per il paese e il pianeta. 

Vista l’esigenza di decarbonizzazione dei trasporti europei, Hitachi Rail ha da subito investito in treni a batteria. Ci racconta perché?

Il tema della decarbonizzazione è assolutamente centrale in questo momento. Se guardiamo alla realtà europea, il 40% delle linee ferroviarie sono operate da treni diesel. Tra i paesi di riferimento per Hitachi – Italia, Germania o Inghilterra – quest’ultimo è addirittura al 60%. Per centrare gli obiettivi al 2030 e al 2050, in passato si pensava di elettrificare le tratte mancanti. Una vera alternativa, però, viene dai treni a batteria. In Giappone questa tecnologia è arrivata in anticipo. Il nostro primo prototipo di treno a idrogeno, che sostituiva un mezzo diesel, è di vent’anni fa. Poi sono arrivati i treni a batteria, con la prima flotta entrata in servizio nel 2016. Oggi in Giappone abbiamo tre flotte operative.

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Fonte: Hitachi Rail

In quali paesi europei state lavorando a questa tecnologia e con quali prodotti? 

In Italia, dal dicembre 2022 è arrivato quello che noi chiamiamo Masaccio, un nuovo treno a batteria realizzato per Trenitalia con il nome Blues. Anche lui è un primo al mondo, perché è tri-modale. Noi lo chiamiamo “tribrido”, perché può viaggiare in modalità elettrica laddove è disponibile l’alimentazione da catenaria, in modalità ibrida diesel-batteria, oppure solo a batteria. Quest’ultima possibilità viene preferita per l’ingresso nei centri abitati, in modo da ridurre le emissioni e il rumore. Al momento abbiamo già 98 treni operativi in molte regioni italiane su un contratto quadro che ne prevede 135. Il Masaccio ha anche ottenuto lo scorso anno una Social Product Declaration, che mostra i dati sulle prestazioni di sostenibilità sociale di un prodotto o servizio in una prospettiva del ciclo di vita. Si è trattato della prima certificazione del suo genere rilasciata al mondo. Siamo orgogliosi di averla ottenuta perché siamo stati dei pionieri in questo campo e lavoriamo molto per monitorare l’impatto dei nostri prodotti e servizi. L’innovazione è sostenibile solo se sa valutare pienamente i suoi impatti sociali e ambientali.

Se dovesse fare una previsione, quale spazio avranno nel futuro della mobilità su rotaia i treni a batteria? Potrebbero diventare la tecnologia prevalente o faranno da tecnologia complementare?

Secondo Hitachi, la batteria è la risposta alla decarbonizzazione nel breve e medio periodo. Molte linee ferroviarie europee devono fare i conti con il passaggio in gallerie piccole e difficili da elettrificare con la classica alimentazione da catenaria. Occorre quindi una diversa soluzione. Noi la stiamo mettendo in pratica in Italia, ma anche in Inghilterra, dove entro due mesi usciremo con un prototipo per i treni Intercity che attualmente sono bimodali, cioè solo diesel ed elettrici. Andremo a rimuovere uno dei motori diesel sostituendolo con una batteria, in un’operazione simile a quella italiana. Ci saranno quindi tratte gestite unicamente a batteria e la possibilità – lungo la linea – di trazione ibrida e ridurre i consumi. In generale, la batteria si sposa bene con questa elettrificazione a macchia di leopardo che abbiamo in Europa. Nelle tratte elettrificate è possibile ricaricare gli accumulatori, per poi utilizzarli in quelle dove altrimenti sarebbe subentrato il diesel. Oggi un treno a batteria può percorrere fino a 100 km, quindi coprire porzioni limitate della linea non elettrificate è possibile anche con capacità ridotta delle batterie stesse.

Abbiamo già dei risultati positivi in relazione ai consumi e alle emissioni?

Queste modalità di utilizzo ibrido hanno già ridotto i consumi di carburante di quasi il 50%. Se guardiamo alcune linee specifiche su cui operano questi treni, ad esempio la Firenze-Siena, vediamo che da Firenze a Empoli è disponibile l’alimentazione da catenaria, da Empoli a Siena no. Oggi i treni partono da Firenze direttamente in modalità diesel, anche dove sarebbe disponibile il tratto elettrificato. I nuovi Masaccio, che possono percorrere quella tratta in modalità elettrica, sono in grado di ridurre la CO2 equivalente per passeggero al chilometro dell’83%. Un altro vantaggio è quello del risparmio di costi che i treni a batteria garantiscono rispetto ad interventi di elettrificazione di tratti attualmente privi di linee aeree di contatto.

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Fonte: Hitachi Rail

Per quanto riguarda le batterie, che caratteristiche ha un accumulatore destinato a muovere non un’auto, ma un convoglio?

Le batterie che oggi installiamo sui treni Intercity inglesi sono batterie da circa 1MWh, un’auto elettrica arriva massimo a 150 KWh. Siamo nell’ordine di 8-10 Tesla, diciamo. Sono dimensioni importanti, ma se pensiamo al numero di persone che trasporta un rotabile ferroviario vediamo le cose in prospettiva. Un’auto muove da una a quattro persone, un vagone da 70 a 100. Il fattore di scala è tale che un veicolo ferroviario, in termini di consumi energetici o di emissioni per chilometro, generalmente è nel range di un sesto o un decimo rispetto a un’automobile. Si tratta comunque di tecnologie complesse da integrare in un rotabile ferroviario, in termini di pesi e spazi. Poi c’è l’aspetto della sicurezza: ogni nuova tecnologia introdotta su ferrovia richiede analisi di safety case. Le nostre batterie vengono da produttori che hanno introdotto sul mercato milioni di celle senza mai avere un incidente.

Da dove vengono le batterie che si utilizzano nei treni Hitachi Rail?

La gran parte delle batterie sono fatte in Cina. Quelle che però utilizziamo noi in Italia sono prodotte in Giappone da Toshiba, mentre quelle utilizzate in Inghilterra sono prodotte lì da un’azienda cino-giapponese. Si tratta però di tecnologie che si stanno diffondendo. Anche se i volumi cinesi sono comunque elevatissimi, spinti dall’automotive, ci sono comunque forti investimenti da parte dell’Unione Europea.

Su quali tecnologie vi state concentrando per il futuro dell’accumulo di energia nel settore della mobilità?

Noi di fatto siamo già alla quarta generazione di batterie, sia per quanto riguarda i nostri prodotti che per quel che concerne le attività di ricerca e sviluppo. Siamo in attesa della quinta generazione, quella delle batterie allo stato solido, che saranno disponibili nel 2027. Si tratta di accumulatori molto promettenti in termini di densità di energia e prestazioni.

E per quanto riguarda i treni a batteria, a parte Italia e Inghilterra, avete in programma investimenti in altri mercati?

Sicuramente quello tedesco. Qui ci aspettiamo che il 60% delle prossime gare sarà per treni a batteria. Ci saranno poi altri programmi in Europa per sostituire in diversi paesi i vecchi treni diesel. Già oggi, le gare per i treni diesel non si fanno più per le tratte non elettrificate. E questo sarà un trend che vedrà i treni a batteria affermarsi sempre più nel prossimo futuro. 

L’Europa fa da traino per questa tecnologia o ci sono altri paesi in corsa?

L’Europa è uno dei paesi dove la sensibilità ambientale e per soluzioni a basso impatto è più sviluppata. Dal punto di vista tecnologico il Giappone rimane però uno dei paesi più avanzati al mondo. Qui i treni a batteria si diffonderanno sempre più e già si pensa a come utilizzarli come backup nel caso di blackout sull’infrastruttura o eventi imprevisti come un terremoto. Gli Stati Uniti, dal canto loro, si stanno affacciando a questa tecnologia con interesse, perché anche lì sussistono larghe flotte di treni diesel. La Cina invece beneficia dello sviluppo recente dell’infrastruttura ferroviaria, elettrificando decine di migliaia di km di rete negli ultimi anni. Per questo motivo, ha meno bisogno di colmare i gap con le batterie.

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Rinnovabili • Solare fotovoltaico in Italia

Solare fotovoltaico in Italia, cosa dice il rapporto GSE

Lo scorso anno sono entrati in esercizio circa 371.500 impianti fotovoltaici in Italia, in grande maggioranza di taglia inferiore a 20 kW, per una capacità complessiva di oltre 5,2 GW. Una crescita che conferma il primato nazionale della Lombardia in termini di potenza installata, seguita con un certo distacco dalla Puglia

Solare fotovoltaico in Italia
via depositphotos

Online il Rapporto Statistico 2023 sul Solare Fotovoltaico in Italia

Ben 5,2 GW di aggiunte che portano la potenza cumulata totale a 30,31 GW e la produzione annuale a quota 30.711 GWh. Questi in estrema sintesi i dati del solare fotovoltaico in Italia, riportati nel nuovo rapporto del GSE. Il documento mostra le statistiche del settore per il 2023, offrendo informazioni importanti non solo sui sistemi ma anche sulla dimensione dei pannelli solari, la tensione di connessione, il settore di attività, l’autoconsumo e persino sull’integrazione di eventuali batterie. Uno sguardo approfondito per capire come sta crescendo il comparto, ma anche per evidenziare potenzialità e criticità.

Solare Fotovoltaico Italiano, la Crescita 2023 in Numeri

Nel 2023 il fotovoltaico nazionale ha messo in funzione 371.422 nuovi impianti solari per una potenza complessiva di poco superiore ai 5,2 GW. La crescita ha ricevuto i contributi maggiori, in termini di numero di sistemi, da regioni come la Lombardia (con il 17,5% dei nuovi impianti fv 2023), il Veneto (13,2%), l’Emilia-Romagna (9,8%) e la Sicilia (6,9%). Scendendo ancora di scala sono invece le provincie di Roma (3,9%), Brescia (3,6%) e Padova (3,1%) quelle a detenere la quota maggiore di aggiunte. Per buona parte dell’anno questo progresso si è affidato ai piccoli impianti di taglia residenziale, che hanno lasciato il posto sul finire del 2023 ad una nuova spinta del segmento C&I.

Produzione fotovoltaica in Italia

Altro dato importante per il 2023: la produzione del solare fotovoltaico in Italia. Lo scorso anno tra nuovi impianti e condizioni meteo favorevoli, il parco solare nazionale ha prodotto complessivamente 30.711 GWh di energia elettrica (dato in crescita del 9,2% sul 2022), con un picco nel mese di luglio di oltre 3,8 TWh.

Se ci si focalizza, invece, solo sull’autoconsumo fotovoltaico, il rapporto del GSE indica che lo scorso 7.498 GWh sono stati prodotti e consumati in loco. Un valore pari al 24,8% della produzione netta complessiva. A livello regionale la percentuale di energia autoconsumata rispetto all’energia prodotta risulta più alta in Lombardia, Liguria e Campania. A tale dato se ne associa un altro altrettanto interessante: quello dei sistemi di accumulo. Lo scorso anno risultavano in esercizio 537.000 sistemi di storage connessi ad impianti fotovoltaici, per una potenza cumulata di 3,41 GW.

leggi anche Direttiva EPBD e fotovoltaico: scadenze e potenzialità

Solare Fotovoltaico, la Potenza in esercizio in Italia

Le nuove aggiunte 2023 hanno portato il dato della potenza fotovoltaica totale cumulata in Italia ad oltre 30,31 GW e quello della potenza pro capite nazionale a 514 W per abitante. Nel complesso sono attivi sul territorio 1.597.447 impianti fotovoltaici, di cui il 94% rientra nella taglia fino a 20 kW. Sono, per intenderci, i piccoli impianti realizzati solitamente sui tetti degli edifici. Non sorprende quindi scoprire che la superficie occupata dagli impianti fotovoltaici a terra a fine 2023 risultava di soli 16.400 ettari. In questo contesto le regioni con la maggiore occupazione di superficie del suolo da parte del solare fotovoltaico risultano essere: la Puglia (4.244 ettari), la Sicilia (1.681 ettari) e il Lazio (1.527 ettari).

Sul fronte della potenza attiva, viene confermato il primato del Nord Italia con il 48,0% del totale nazionale grazie al traino di Lombardia (13,8%), Veneto (10,4%) ed Emilia Romagna (10%). Segue il 34,7% delle regioni meridionali, con la Puglia che da sola fornisce il 10,9% della potenza, e quindi il contributo del Centro Italia.

Leggi qui il report GSE sul Solare Fotovoltaico in Italia

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Rinnovabili • Dl Agricoltura bollinato

Dl Agricoltura bollinato, ecco l’art. sul fotovoltaico a terra

Il testo finale del decreto è stato varato dopo alcune piccole modifiche richieste dal Quirinale. Confermati i paletti sul fotovoltaico a terra salvaguardando gli investimenti del PNRR

Dl Agricoltura bollinato
Foto di Andreas Gücklhorn su Unsplash

Stop del fotovoltaico a terra con una serie di eccezioni

Dopo il via libera del Consiglio dei Ministri, Dl Agricoltura è stato “bollinato” dalla Ragioneria di Stato e quindi varato definitivamente. Ma non prima di alcune modifiche last minute frutto del confronto con il Quirinale. Nessun ritocco significativo, tuttavia, riguarda il tanto criticato articolo di stop al fotovoltaico a terra. Il contenuto, infatti, rimane nelle linee annunciate il 6 maggio dal ministri Pichetto e Lollobrigida, cercando di salvaguardare gli investimenti del Piano nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), punto fermo per il MASE.

L’articolo in questione, che passa dal 6 della prima bozza al 5 nel DL Agricoltura bollinato, riporta alcune disposizioni finalizzate a limitare l’uso del suolo agricolo. L’intervento mira a modificare l’articolo 20 del decreto legislativo 8 novembre 2021, n. 199, con cui l’Italia ha recepito nel proprio ordinamento la direttiva europea sulle rinnovabili RED II. 

In poche parole il testo introduce dei paletti all’installazione degli impianti fotovoltaici con moduli collocati a terra in zone classificate agricole dai piani urbanistici vigenti. Come? Limitando qualsiasi intervento a lavori modifica, rifacimento, potenziamento o integrale ricostruzione degli impianti già installati, che non comportino incremento della superficie occupata. Nessun vincolo invece per il fotovoltaico a terra se installato:

  • in cave e miniere non in funzione, abbandonate o in condizioni di degrado ambientale;
  • porzioni di cave e miniere non suscettibili di ulteriore sfruttamento;
  • siti e  impianti nelle disponibilità delle società del gruppo Ferrovie dello Stato italiane e dei gestori di infrastrutture ferroviarie nonché delle società concessionarie autostradali;
  • siti e impianti nella disponibilità delle società di gestione aeroportuale all’interno dei sedimi aeroportuali;
  • aree adiacenti alla rete autostradale entro una distanza non superiore a 300 metri;
  • aree interne agli impianti industriali e agli stabilimenti.

Salvi, come promesso, anche i progetti fotovoltaici a terra se parte di una Comunità energetica rinnovabile o finalizzati all’attuazione degli investimenti del PNRR.

Il testo del Dl Agricoltura “bollinato” sul fotovoltaico

Riportiamo per intero l’articolo 5 sul fotovoltaico nella versione finale del DL Agricoltura.

ART. 5 (Disposizioni finalizzate a limitare l’uso del suolo agricolo)

1. All’articolo 20 del decreto legislativo 8 novembre 2021, n. 199, dopo il comma 1 è aggiunto il seguente:

‹‹1-bis. L’installazione degli impianti fotovoltaici con moduli collocati a terra di cui all’articolo 6-bis, lettera b), del decreto legislativo 3 marzo 2011, n. 28, in zone classificate agricole dai piani urbanistici vigenti, è consentita esclusivamente nelle aree di cui alle lettere a), limitatamente agli interventi per modifica, rifacimento, potenziamento o integrale ricostruzione degli impianti già installati, a condizione che non comportino incremento dell’area occupata, c), c-bis), c-bis.1), e c-ter) n. 2) e n. 3) del comma 8. Il primo periodo non si applica nel caso di progetti che prevedano impianti fotovoltaici con moduli collocati a terra finalizzati alla costituzione di una Comunità energetica rinnovabile ai sensi dell’articolo 31 del decreto legislativo 8 novembre 2021, n. 199, nonché in caso di progetti attuativi delle altre misure di investimento del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), approvato con decisione del Consiglio ECOFIN del 13 luglio 2021, come modificato con decisione del Consiglio ECOFIN dell’8 dicembre 2023, e dal Piano nazionale degli investimenti complementari al PNRR (PNC) di cui all’articolo 1 del decreto-legge 6 maggio 2021, n. 59, convertito, con modificazioni, dalla legge 1° luglio 2021, n. 101, ovvero di progetti necessari per il conseguimento degli obiettivi del PNRR.››.

2. Le procedure abilitative, autorizzatorie o di valutazione ambientale già avviate alla data di entrata in vigore del presente decreto sono concluse ai sensi della normativa previgente.

Leggi anche Zavorre per fotovoltaico Sun Ballast: dal 2012 una garanzia per gli impianti fv su tetti piani

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