Batterie al calcio per auto elettriche e accumulo, la ricerca la guidano ENEA e La Sapienza

Nonostante recentemente, entro i confini europei, siano stati scoperti importanti giacimenti di terre rare (in Svezia) e di fosfati (in Norvegia) l'Unione Europea mantiene, fra le proprie priorità, finanziare la ricerca per sviluppare batterie che utilizzino materiali comuni, quindi dal facile approvvigionamento e, di conseguenza, costo contenuto.

Fra le possibili strade, una è rappresentata dalle batterie al calcio e su questa tecnologia ENEA e l'Università La Sapienza di Roma hanno deciso di concentrare le proprie risorse, dando vita al progetto ACTeA (Accumulatori Ca-ione per una TEcnologia Alternativa al litio).

Presentato dal Dipartimento di Chimica dell'Università Sapienza e da ENEA nell'ambito dell'Avviso pubblico "Progetti di Gruppi di Ricerca 2020" della Regione Lazio, il programma ha come scopo sviluppare un sistema di accumulo elettrochimico dell'energia basato sulla tecnologia calcio-ione, che sia completamente sostenibile e nel quale tutti i componenti non presentino criticità in termini di approvvigionamento, costo e pericolosità.

"La tecnologia calcio-ione è ancora ai primi stadi di sviluppo e l'obiettivo è quello di contribuire a una migliore comprensione del suo funzionamento anche se, in linea di principio, i processi elettrochimici che stanno alla base sono analoghi a quelli delle batterie litio-ione dove, però, il calcio sostituisce il litio nel ruolo di shuttle, ossia di portatore della carica elettrica", ha spiegato Laura Silvestri, ricercatrice ENEA.

"Questa strategia potrebbe declinare in modo innovativo e sostenibile lo scenario di una transizione da un paradigma tecnologico ad alto impatto ambientale (batterie litio-ione) ad uno nuovo più green (batterie calcio-ione). Inoltre, l'introduzione del calcio e dei materiali ad esso correlati nella catena del valore delle batterie aprirebbe un nuovo mercato per tutti i produttori di materie prime tradizionali quali il carbonato di calcio e l'ossido di calcio, ampiamente utilizzati in edilizia e nei pigmenti", ha aggiunto Giulia Monteleone, responsabile della Divisione ENEA di Produzione, storage e utilizzo dell'energia.

Secondo i due attori coinvolti nella ricerca, questa particolare tecnologia è molto promettente perché analoga a quella litio-ione attualmente in uso; i processi elettrochimici di inserzione/alligazione/conversione a base di calcio, inoltre, sono teoricamente in grado di fornire capacità volumetriche molto elevate. Infine, il calcio è oltre 2000 volte più abbondante in natura e disponibile a prezzi decine di volte inferiori rispetto al litio.

Come spiegato nella pagina ufficiale del progetto:

"Il calcio è un metallo alcalino terroso divalente con eccezionale potere ossidante alla luce del potenziale redox E°=-2.87 V vs SHE (standard hydrogen electrode) della coppia Ca2+/Ca, valore molto vicino al E°=-3.04 V Vs SHE della coppia Li+/Li. In confronto con altri metalli considerati nella letteratura recente per applicazioni in batterie innovative, il calcio è quello con il potenziale redox più negativo. Le sue dimensioni ioniche (raggio ionico) sono paragonabili allo ione sodio (114 pm e 116 pm per Ca2+ e Na+, rispettivamente), un catione facilmente de-inserito ed inserito reversibilmente da numerosissimi materiali. Le prestazioni teoriche degli elettrodi al calcio metallico, così come degli elettrodi ad intercalazione di ioni calcio raggiungono valori molto elevati paragonabili alle analoghe prestazioni del litio e dei materiali per celle litio-ione. Nel complesso considerazioni più generali relative all’abbondanza globale di minerali di calcio sulla crosta terrestre (41500 mg/Kg) e il costo delle commodity più comuni di questo elemento (e.g. 200-500 euro/mton ) suggeriscono che lo sviluppo di tecnologie di accumulo elettrochimiche basate sulla chimica Ca-ione sono molto promettenti se confrontate con i limiti intrinseci delle tecnologie Li-ione (minerali di litio sulla crosta terrestre 20 mg/Kg, costo delle commodity di litio 7000-8000 euro/mton )".

Nonostante le ottime premesse, però, questa strada è ancora largamente inesplorata e piena di incognite ed imprevisti.

Ciononostante, o forse proprio per questo, La Sapienza ed ENEA hanno stabilito un road map molto precisa e rigida, che punta ad avere le prime batterie a 24 mesi dall'inizio del progetto.