Oltre il grafene, quali sono i materiali più promettenti sui quali si sta concentrando la ricerca in ambito energetico? Proviamo a scattare una fotografia dello stato dell’arte con l’aiuto di alcuni esperti che lavorano presso il centro Enea Casaccia, analizzando le tre principali fasi del sistema energetico: la generazione, la distribuzione e lo storage.

GENERAZIONE: I “CRISTALLI” PER IL FOTOVOLTAICO
Molto si sta facendo per testare nuovi materiali che possano diminuire i costi di realizzazione di celle per il fotovoltaico. Si cercano valide alternative al silicio, elementi più facili da raffinare e film più sottili ed economici. A questo scopo “ci sono due materiali allo studio in tutto il mondo: le perovskiti e le kesteriti” ci spiega Mario Tucci. Si tratta di materiali semiconduttori con una particolare “configurazione cristallografica” che ne determina le proprietà. “Sono materiali che hanno grandi potenzialità, ad esempio le perovskiti hanno raggiunto in laboratoriodelle efficienze superiori al 20%. Siamo però ancora lontani dalla realizzazione di oggetti per il mercato. Si tratta di risultati ottenuti testando aree molto piccole, inferiori al centimetro quadrato e non abbiamo ancora un quadro chiaro della stabilità a lungo termine”. Parliamo di “efficienza di conversione”, ovvero la percentuale di radiazione solare che il materiale riesce a trasformare in energia. Il silicio oggi riesce ad arrivare al 25,6% su superfici molto estese e con una grande stabilità nel tempo.
“Molto interessante – aggiunge Tucci – è invece la congiunzione con il silicio per fare dispositivi in cui ci sia una parte di assorbimento della radiazione solare in silicio e una parte con questi nuovi materiali. Con una soluzione del genere si può arrivare, a livello teorico, a efficienze anche del 40%, quasi il doppio di quello che può fare una cella standard. Ciò significa che a parità di area posso produrre il doppio di potenza e energia”.
“Essendo depositati da una fase liquida, se ne può ottimizzare l’utilizzo e quindi e si possono ottenere strati molto sottili e si possono ottenere strati molto sottili. In prospettiva potrebbero essere materiali più economici del silicio- conclude Tucci – ma al momento non esiste questa competitività. È chiaro che il volume di produzione potrà incidere sui costi”.

TRASMISSIONE: LA RICERCA SUI SUPERCONDUTTORI AD ALTA TEMPERATURA CRITICA
I cavi superconduttori per la trasmissione di energia potrebbero al tempo stesso diminuire drasticamente le perdite e aumentare la potenza trasmessa senza dover aumentare la tensione: “I materiali che si stanno usando attualmenteper la trasmissione elettrica  sono materiali superconduttori ad alta temperatura che, rispetto ai superconduttori ‘tradizionali’, più noti e conosciuti, consentono di abbattere i costi criogenici” ci spiega  Fabio Fabbri. In genere, i vantaggi dei superconduttori si ottengono a temperature bassissime, prossime allo zero assoluto ed è per questo che bisogna utilizzare dei fluidi criogenici per raffreddarli. I materiali “ad alta temperatura critica”, invece, possono avere proprietà di superconduttività anche alla temperatura dell’azoto liquido, – 197 gradi. Peraltro, l’azoto liquido è poco costoso e funziona bene anche come ottimo isolante. “I materiali per i quali esiste già una tecnologia pronta sono due: il BISCCO (bismuto-stronzio-calcio-rame-ossigeno) e l’YBCO (ittrio bario rame ossigeno). Sono materiali ceramici depositati con tecnica a film sottile”. Rispetto ai cavi tradizionali c’è un vantaggio sia per la trasmissione in corrente alternata che in continua: “Con la corrente continua il vantaggio è enorme: per la trasmissione in continua il superconduttore ha una dissipazione prossima allo zero”. Sono tuttavia materiali molto costosi: si parla di un costo tra i 100 e i 200 euro a metro per trasportare un kiloampere.
In Europa ci sono già alcune applicazioni significative di trasmissione con superconduttori: “Ad Hessen, in Germania, hanno collegato due sottostazioni in media tensione all’interno della città per una distanza di un chilometro. Questo dimostra che all’interno dei centri abitati, dove si usano esclusivamente cavie dove ci possono essere dei picchi di domanda di energia, il superconduttore può aiutare molto perché è in grado di trasportare molta potenza in più rispetto al rame. Semplificherebbe di molto la rete”.

STORAGE: CAPACITA’ MAGGIORI CON LE BATTERIE DI ZOLFO E SILICIO
Quando parliamo di immagazzinamento parliamo fondamentalmente di batterie e, benché la tecnologia della batteria rimanga sostanzialmente la stessa, la ricerca sta sperimentando nuovi materiali che, a parità di peso e volumi, possano aumentare la capacità di immagazzinamento o la tensione di lavoro. “Per abbattere i costi nello storage stazionario, la soluzione migliore è un materiale sviluppato negli ultimi dieci anni: il litio ferro fosfato –  ci dice Pierpaolo Prosini -. È già utilizzato per batterie non troppo grandi mentre per l’accumulo vero e proprio siamo ancora in una fase prototipale. Rispetto a materiali a base di nickel, cobalto o manganese è più economico perché a base di ferro. Per quanto riguarda invece frontiere più avanzate, la ricerca è orientata su materiali che, a parità di peso, hanno una capacità 5 o 6 volte maggiore. La configurazione più interessante è quella che vede lo zolfo al catodo e il silicio per l’anodo. Sono materiali che possono essere molto economici perché abbondanti in natura. Il problema principale è il processo tecnologico di lavorazione per trasformali in elettrodi per le batterie”.