Come trasformare le miniere di carbone in gigantesche batterie verdi

In una futura rete elettrica a basse emissioni di carbonio, dominata dall’energia eolica e solare intermittente, avremo bisogno di tecnologie per immagazzinare energia quando è abbondante e reimmetterla nella rete quando non lo è. Le batterie agli ioni di litio e l’idroelettrico pompato svolgono il peso maggiore di questo lavoro di stoccaggio dell’energia ora, e si prevede che domineranno in futuro, insieme alle celle a combustibile a idrogeno. Un team internazionale di scienziati ha recentemente proposto un’altra soluzione innovativa e piena di risorse che prevede il riutilizzo di vecchie miniere: l’Underground Gravity Energy Storage (UGES). Hanno delineato l'idea nella rivista Energies.

UGES prevede l'abbassamento di grandi quantità di sabbia immagazzinate in contenitori collegati a un cavo centrale lungo un profondo pozzo sotterraneo. Man mano che la sabbia scende gradualmente, il cavo collegato fa girare i rotori che alimentano vari generatori, producendo così elettricità. Il processo può essere invertito per immagazzinare energia quando c’è un eccesso di elettricità rinnovabile nella rete. La sabbia viene sollevata fino alla parte superiore dell'apparato e ammucchiata in cumuli sopra il terreno.

Ciò che distingue UGES dalle altre soluzioni di stoccaggio dell’energia gravitazionale offerte da varie startup è la posizione. I ricercatori propongono di installare UGES nei pozzi minerari abbandonati, che sono numerosi.

"Si stima che ne esistano almeno 50.000 in Australia; oltre 550.000 sono stati trovati negli Stati Uniti, di cui oltre 100.000 che rappresentano un rischio ambientale significativo; e si sa che ne esistono oltre 10.000 in Canada", hanno scritto gli autori.

Si stima che il potenziale globale di accumulo di energia di UGES sia compreso tra 7 e 70 Terawattora (1 Terawatt = 1.000 Gigawatt). Per metterlo in prospettiva, equivale all’energia immagazzinata in tra 87,5 e 875 milioni di batterie di veicoli elettrici. Alla fine del 2021 erano online solo 56 Gigawattora di stoccaggio energetico a livello globale.

La potenza erogata da UGES, ovvero ciò che può fornire istantaneamente alla rete, varia principalmente con la lunghezza del pozzo sotterraneo della miniera e con la quantità di sabbia utilizzata. Un progetto in una vecchia miniera profonda appena 200 metri che utilizza 4 milioni di tonnellate di sabbia potrebbe essere in grado di fornire solo 10 megawatt alla rete, sufficienti ad alimentare forse da 5.000 a 8.000 case, mentre un progetto in un pozzo profondo 1.000 metri che utilizza 40 milioni di tonnellate di sabbia potrebbe essere in grado di fornire solo 10 megawatt alla rete. tonnellate di sabbia potrebbero generare fino a 200 megawatt.

Una miniera più profonda non solo produrrebbe e immagazzinerebbe più energia, ma sarebbe anche più economicamente vantaggiosa. I costi di stoccaggio dell’energia variano da 1 a 10 dollari per kilowattora per UGES, calcolano gli autori, decisamente economici rispetto alle batterie agli ioni di litio, che attualmente costano circa 150 dollari/kWh. Tuttavia, i prezzi delle batterie continuano a scendere man mano che i prodotti chimici migliorano.

I maggiori svantaggi di UGES sono l’uso considerevole di sabbia – una materia prima apparentemente onnipresente che in realtà potrebbe scarseggiare alla fine di questo secolo – e la sua modesta capacità energetica – quanta elettricità può fornire alla rete in qualsiasi momento. Un impianto UGES può anche impiegare giorni, settimane o addirittura mesi a seconda della quantità di sabbia utilizzata e della profondità per "ricaricarsi" completamente, ovvero spostare la sabbia dal fondo del pozzo verso l'alto.

D’altro canto, la sua capacità di immagazzinare energia a basso costo per settimane, mesi o addirittura anni – o forse indefinitamente – è un enorme vantaggio. La sabbia non evapora come l'acqua da un serbatoio idroelettrico pompato né si dissipa come l'energia che si scarica lentamente dalle batterie. Un altro fantastico vantaggio? UGES può rivitalizzare le comunità carbonifere mentre le miniere continuano a essere chiuse in tutto il mondo.

"Il mondo sta trasformando il proprio sistema energetico, dimezzando l'estrazione del carbone per scopi energetici", hanno scritto i ricercatori. "UGES può fornire una fonte alternativa di reddito alle persone che lavorano nelle miniere e alla comunità."

Nel tentativo di progettare una rete elettrica a zero emissioni di carbonio, pianificatori e politici avranno bisogno di un mix diversificato di soluzioni per la generazione di elettricità e lo stoccaggio dell’energia per massimizzare la stabilità e ridurre al minimo il rischio di blackout. UGES potrebbe benissimo tenere conto di quel futuro.