Dati per un migliore flusso di vanadio

I ricercatori del PSI hanno creato un database dinamico per la materia prima vanadio. Il vanadio è un metallo con un grande potenziale per la transizione energetica: Le cosiddette batterie a flusso redox al vanadio (VRFB) sono in grado di immagazzinare elettricità per periodi di tempo più lunghi rispetto alla tecnologia agli ioni di litio, ampiamente utilizzata. Sono quindi particolarmente adatte per immagazzinare l'energia eolica e solare in eccesso in grandi impianti e reimmetterla in rete in un secondo momento. In questo modo, possono fungere da tamponi energetici che stabilizzano la rete elettrica e garantiscono la fornitura anche durante i cosiddetti periodi di buio, quando né il vento né il sole forniscono elettricità sufficiente. La mancanza di tali soluzioni di stoccaggio è considerata una delle maggiori sfide per la transizione energetica, poiché l'energia eolica e solare è meno costantemente disponibile rispetto all'elettricità prodotta da centrali a carbone o a gas.

Per la creazione del database, Benjamin Rogers, dottorando presso il PSI e il Politecnico di Zurigo, in un team guidato da Sarbajit Banerjee, responsabile del Laboratorio per la Ricerca sulle Batterie presso il Centro per le Scienze Energetiche e Ambientali del PSI e professore di Chimica presso il Politecnico di Zurigo, ha trascorso più di due anni raccogliendo dati da tutti gli attori dell'industria del vanadio nel mondo, dai gestori delle miniere all'industria di trasformazione. Tra questi, le informazioni sui depositi minerari sospetti e confermati da cui è possibile estrarre il vanadio in modo economico, le quantità minerarie pianificate e realizzate, la domanda, le forme e le quantità di lavorazione, i prezzi e altri dati chiave rilevanti. Tutti i dati sono stati inseriti in una sorta di "mappa del mondo vivente" del vanadio, che viene costantemente aggiornata per riflettere gli sviluppi attuali ed è a disposizione di tutti gli operatori del settore - aziende, governi e ricercatori. "Si tratta di creare una base affidabile per gli investimenti e le decisioni politiche", afferma Rogers. "Perché è questo che è mancato finora". Di conseguenza, il mercato del vanadio, relativamente piccolo, è molto volatile. Ciò significa che i prezzi fluttuano notevolmente, motivo per cui molte aziende sono riluttanti a investire nell'estrazione. L'approvvigionamento del metallo non è quindi garantito in modo affidabile.

Dominio del mercato e fluttuazioni dei prezzi

Sebbene vi siano sufficienti depositi di vanadio in tutto il mondo, il metallo è stato a lungo considerato troppo raro e troppo costoso per una soluzione completa per lo stoccaggio dell'elettricità verde in eccesso. Nel frattempo, i prezzi sono scesi - ma così tanto che le nuove miniere previste in Australia sono sull'orlo del collasso economico. La ragione principale di queste forti fluttuazioni è la concentrazione del mercato: oltre il 60% della produzione annuale globale di circa 150.000 tonnellate proviene dalla Cina, mentre il resto proviene quasi esclusivamente da Russia, Sudafrica e Brasile. Anche Paesi come l'Australia, il Canada, gli Stati Uniti e il Kazakistan dispongono di grandi riserve, che però finora non sono state praticamente sfruttate.

Finora il vanadio è stato utilizzato principalmente per legare gli acciai da costruzione al fine di aumentarne la resistenza. Una modifica della legge in Cina, in seguito al grave terremoto del 2008, ha reso obbligatoria l'aggiunta di vanadio e ha provocato un forte aumento della domanda e dei prezzi. Tuttavia, la fine del boom edilizio cinese ha portato a un calo dei prezzi, che ha messo a rischio i progetti minerari previsti in Australia.

Dati affidabili sulle materie prime

"L'obiettivo del nostro progetto è evitare questi estremi di prezzo e consentire una produzione di vanadio più affidabile e sostenibile", spiega Banerjee. Il chimico studia da anni il metallo come materiale per i catodi delle batterie, le marmitte catalitiche e la tecnologia informatica. Dal suo gruppo di ricerca sono già nate due start-up del settore: Una sviluppa catodi di vanadio, l'altra processi per estrarre il litio dall'acqua utilizzando il vanadio. "A questo proposito, abbiamo avuto buoni contatti nella scena per molto tempo, e tutti hanno visto la necessità di un progetto come il nostro", riferisce Banerjee.

Il partner principale nello sviluppo del database è l'associazione Vanitec. Questa associazione comprende molti operatori del settore specializzati in vanadio.

Per garantire l'affidabilità dei dati, i ricercatori li hanno verificati in modo indipendente per quanto possibile. "La cosa più difficile", dice Rogers, "non è stata ottenere i dati, ma armonizzarli". I dati arrivano con un'ampia varietà di metodi di conteggio e quindi dovevano essere standardizzati per consentire una buona comparabilità.

Sono richiesti modelli di finanziamento innovativi

Con parametri affidabili, le aziende grandi e piccole, gli investitori e i decisori politici possono pianificare in modo più sostenibile. Questo è importante anche perché spesso passano dieci o addirittura quindici anni dalla scoperta di un giacimento all'effettiva estrazione e vendita del metallo. "Molte grandi società minerarie, che possono permettersi di superare questo periodo anche senza investitori, non entrano nel mercato del vanadio finché non raggiungono un volume di almeno 500.000 tonnellate all'anno", afferma Banerjee.

Il suo team suggerisce quindi che, oltre ai dati, sono necessari modelli di finanziamento innovativi. Un'idea potrebbe essere quella di garanzie di acquisto a lungo termine. Ad esempio, l'India, che ha bisogno di molto vanadio, potrebbe promettere di acquistarne una certa quantità all'anno dall'Australia non appena le miniere di quel Paese inizieranno a produrlo.

Un'altra possibilità è il cosiddetto leasing di materie prime, come già avviene per altri metalli: il Paese produttore di vanadio "affitta" il suo vanadio per un certo periodo di tempo, per così dire. In questo modo, i Paesi produttori mantengono la proprietà delle loro risorse minerarie, mentre l'investimento di capitale e il rischio per l'acquirente sono ridotti e la domanda rimane stabile.

Il sistema di batterie più grande del mondo sarà presto in Svizzera

Le batterie di flusso al vanadio redox sono utilizzate principalmente come sistemi di accumulo stazionario su larga scala per la stabilizzazione della rete, in particolare nei parchi eolici e solari o per le utenze industriali. Tuttavia, sono adatte anche per grandi complessi residenziali o per fornire energia ai centri dati, che - anche a causa della rapida espansione dell'intelligenza artificiale - richiedono sempre più elettricità: A Laufenburg, in Svizzera, si sta costruendo il più grande impianto di batterie a flusso di vanadio redox al mondo, proprio accanto a un centro dati di intelligenza artificiale. Con 960 serbatoi e 250 milioni di litri di liquido elettrolita, offrirà una capacità di stoccaggio di 1,6 gigawattora.

Banerjee e Rogers sperano che questo esempio costituisca un precedente in Europa e che le batterie di flusso al vanadio redox vengano utilizzate più diffusamente per far progredire la transizione energetica. "Siamo a un punto importante", afferma Banerjee. "Se riusciremo a estrarre il vanadio in modo efficiente ed economico e a produrre batterie di questo tipo in gran numero, potremo contribuire in modo significativo a un approvvigionamento energetico stabile e sostenibile". Con il nuovo database dinamico, i ricercatori del PSI contribuiscono a garantire che anche altri mercati abbiano un accesso più rapido alle informazioni necessarie e possano sfruttare il potenziale di questa tecnologia.