L’accumulo di energia è uno degli aspetti più critici per rendere le fonti rinnovabili, come il solare e l’eolico, affidabili e disponibili anche quando il sole non splende o il vento non soffia. Tra le soluzioni emergenti per l’accumulo energetico, il sistema basato sulla gravità sta guadagnando attenzione per la sua efficienza e sostenibilità.
Che Cos’è l’Accumulo di Energia con la Gravità?
Il concetto di accumulo di energia tramite la gravità si basa su un principio molto semplice: utilizzare l’energia per sollevare una massa pesante in un momento di surplus energetico e poi rilasciare tale massa per generare elettricità quando la domanda supera l’offerta. Questo processo sfrutta l’energia potenziale gravitazionale: quando una massa viene sollevata, accumula energia, che può essere rilasciata quando la massa scende, azionando generatori meccanici.
Tipologie di Sistemi di Accumulo tramite Gravità
1. Accumulo tramite Dighe ad Alta Caduta (Pumped Hydro Storage – PHS)
Il sistema di accumulo idroelettrico a pompaggio è la forma più consolidata di accumulo di energia tramite la gravità. Funziona pompando l’acqua da un bacino inferiore a uno superiore durante i periodi di eccesso di energia. Quando la domanda energetica aumenta, l’acqua viene rilasciata attraverso turbine che generano elettricità.
- Esempio: L’impianto di Bath County Pumped Storage Station in Virginia, USA, è uno dei più grandi al mondo. Ha una capacità di 3.003 MW ed è utilizzato per bilanciare la rete elettrica negli Stati Uniti, rispondendo in pochi minuti alle variazioni della domanda energetica.
- Efficienza: Questo sistema è altamente efficiente, con tassi di efficienza che vanno dal 70% all’85%. Tuttavia, è limitato a determinati ambienti geografici che dispongono di bacini naturali o artificiali adeguati.
2. Accumulo con Gravitricity (Gravitricity Storage)
Gravitricity è una tecnologia emergente che utilizza grandi masse di cemento o metallo sollevate da un motore elettrico e rilasciate in un pozzo verticale. Durante il rilascio, la massa aziona un generatore che produce elettricità. Questo sistema è stato progettato per essere installato in vecchi pozzi minerari, riducendo così l’impatto ambientale.
- Esempio: A Edimburgo, in Scozia, è stato testato un prototipo di Gravitricity che utilizza una torre verticale per simulare le condizioni di un pozzo minerario. Il sistema ha dimostrato di poter accumulare e rilasciare energia in modo rapido e affidabile.
- Efficienza: Gravitricity ha un’efficienza stimata tra il 70% e il 90%, con una vita utile prevista di oltre 50 anni. Il sistema può reagire rapidamente alla domanda di energia, impiegando solo pochi secondi per attivarsi.
3. Accumulo tramite Ascensori di Massa (Energy Vault)
Energy Vault è un’altra tecnologia basata sulla gravità che utilizza enormi blocchi di cemento impilati uno sopra l’altro da una gru automatizzata. Quando c’è energia in eccesso, la gru impila i blocchi; quando l’energia è richiesta, i blocchi vengono abbassati, generando elettricità attraverso motori rigenerativi.
- Esempio: Energy Vault ha costruito un impianto pilota in Svizzera che utilizza una torre di blocchi di cemento per immagazzinare energia. Questo progetto ha segnato un passo importante nello sviluppo di tecnologie di accumulo gravitazionale su larga scala, con un prototipo capace di immagazzinare fino a 35 MWh di energia.
- Efficienza: La tecnologia Energy Vault mira a un’efficienza complessiva del 75%. Questo sistema è interessante perché può essere implementato in zone pianeggianti, rendendolo più versatile rispetto agli impianti idroelettrici a pompaggio.
4. Sistemi di Accumulo su Scala di Montagna
Questo approccio sfrutta grandi dislivelli montuosi per accumulare energia tramite gravità. Durante i periodi di surplus energetico, le masse vengono sollevate in cima alla montagna e rilasciate quando necessario, sfruttando l’altezza per massimizzare l’energia potenziale accumulata.
- Esempio: Il progetto Energy Mountain in Svizzera prevede l’utilizzo di tunnel in montagna per sollevare e abbassare grandi blocchi di massa. Sebbene ancora in fase di sviluppo, il sistema potrebbe rivoluzionare l’accumulo di energia nelle zone montuose.
- Efficienza: Questi sistemi hanno un’efficienza che varia tra il 60% e il 80%, a seconda del dislivello e della tecnologia utilizzata. Tuttavia, sono molto costosi e complessi da realizzare.
Confronto di Efficienza tra i Sistemi di Accumulo a Gravità
| Tipologia | Efficienza (%) | Pro | Contro | Esempi |
|---|---|---|---|---|
| Dighe ad Alta Caduta (PHS) | 70-85% | Alta efficienza, tecnologia consolidata | Richiede bacini naturali/artificiali | Bath County Pumped Storage (USA) |
| Gravitricity | 70-90% | Veloce e versatile | Dipende da miniere o pozzi esistenti | Gravitricity (Edimburgo, Scozia) |
| Energy Vault | 75% | Non richiede specifiche geografie | Ancora in fase sperimentale | Energy Vault (Svizzera) |
| Sistemi su Scala di Montagna | 60-80% | Alto potenziale energetico | Costi elevati, complessità di implementazione | Energy Mountain (Svizzera) |
Vantaggi dell’Accumulo di Energia tramite Gravità
- Durata: I sistemi di accumulo gravitazionale hanno una durata molto lunga rispetto alle batterie chimiche, spesso superando i 30-50 anni.
- Sostenibilità: Non richiedono materiali tossici o rari, riducendo l’impatto ambientale durante la produzione e lo smaltimento.
- Scalabilità: Molti di questi sistemi possono essere scalati su larga scala per soddisfare le esigenze di reti elettriche nazionali.
Sfide da Affrontare
Nonostante le promettenti efficienze, i sistemi di accumulo di energia tramite la gravità presentano alcune sfide. La localizzazione è spesso un fattore determinante, e la costruzione di infrastrutture adeguate può essere costosa. Inoltre, mentre il concetto è semplice, l’implementazione su larga scala richiede notevoli investimenti iniziali e sviluppo tecnologico.
Conclusione
L’accumulo di energia tramite la gravità rappresenta una delle soluzioni più innovative e sostenibili per affrontare le sfide legate alla produzione intermittente di energia rinnovabile. Con diverse tecnologie già funzionanti in tutto il mondo, questo approccio promette di diventare un pilastro fondamentale del futuro energetico, offrendo una soluzione pulita, duratura e scalabile per l’accumulo di energia.