Energia rinnovabile.
ENEA realizzerà un laboratorio virtuale per la ricerca su materiali innovativi destinati agli impianti di energia rinnovabile.
Premessa.
I materiali, soprattutto nel settore industriale, svolgono un ruolo centrale per affrontare la competizione globale nel settore dell’energia e non solo.
Essi rappresentano l’elemento “base” delle tecnologie energetiche, tra cui le batterie, le celle solari, i semiconduttori, i catalizzatori e le membrare per la cattura e lo stoccaggio della CO2, etc.
L’individuazione di nuovi materiali richiede un processo complesso, articolato e costoso. Anche modificare la composizione di un materiale necessita di una lunga procedura di ricerca e sviluppo che comprende la simulazione, la sintesi, la caratterizzazione sperimentale e numerica con l’esecuzione di numerosi test.
In definitiva per poter individuare e selezionare un materiale idoneo per una data applicazione occorre implementare un processo spesso molto costoso che può richiedere tempi estremamente lunghi.
Per accelerare tale processo, è nata una iniziativa di ENEA, che rientra nel progetto europeo IEMAP (Italian Energy Materials Acceleration Platform), finanziato dal MiTE nell’ambito dell’iniziativa di cooperazione internazionale Mission Innovation.
Scopo del progetto IEMAP è quello di realizzare un’infrastruttura sperimentale e computazionale per la progettazione accelerata e la selezione dei materiali avanzati per l’energia.
Il laboratorio sperimentale di Enea.
Il laboratorio sarà in grado di accelerare il processo di analisi dei dati sperimentali di cui in premessa, per identificare i materiali e le soluzioni tecnologiche più adatti per l’applicazione in campo energetico.
Sarà costituito da quattro componenti fondamentali:
– un’infrastruttura computazionale basata sul supercomputer di ENEA CRESCO6
– tre infrastrutture sperimentali dedicate a: batterie, elettrolizzatori per la produzione di idrogeno verde e fotovoltaico, tre aree tematiche centrali nel processo di transizione energetica del nostro Paese.
Il supercomputer CRESCO6, ubicato fisicamente nel Centro Ricerche ENEA di Portici, nel 2018 è entrato nella TOP500 delle macchine per il supercalcolo più potenti al mondo e attualmente è una delle 131 infrastrutture di riferimento del Programma Nazionale per la Ricerca 2021-2027.
E proprio grazie a questa infrastruttura, sarà possibile ottimizzare la progettazione e la performance dei nuovi materiali.
Il laboratorio virtuale sarà realizzato da Enea in collaborazione con Cnr, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e RSE.
Applicazioni.
Nel caso delle batterie, le linee di attività riguarderanno i nuovi materiali per gli elettrodi (catodo e anodo) e per gli elettroliti.
L’obiettivo è quello di aumentare la densità di energia, migliorare la sicurezza, ridurre il costo e allungare il ciclo e la durata di vita delle batterie.
I ricercatori svilupperanno, inoltre, inchiostri per la produzione degli elettrodi mediante stampa rotocalco e un processo di recupero sostenibile di materiali dalle batterie a fine vita.
Per quanto riguarda gli elettrolizzatori, il progetto prenderà in considerazione i materiali sia per quelli a bassa temperatura (<100°C) che quelli ad alta temperatura (600-900°C). Nel caso del fotovoltaico, il laboratorio IEMAP punterà allo sviluppo di celle solari innovative a film sottile di perovskite*, di metodologie e tecniche sostenibili di recupero di materiali da pannelli fotovoltaici a fine vita, ma anche di sistemi ibridi e integrati fotovoltaico-accumulo per la gestione dell’intermittenza della fonte solare.
Il laboratorio farà parte del nuovo Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing, cui fanno parte oltre cinquanta membri provenienti dal mondo della ricerca scientifica e dell’industria italiane.
* La perovskite è un minerale costituito da titanato di calcio, il cui nome deriva dal grande collezionista di minerali russo Perovskij, trovato per la prima volta nel 1839 sui monti Urali. Vi si possono ottenere materiali con caratteristiche peculiari e molto interessanti, quali superconduttività, fotoluminescenza, che ne permettono l’impiego in molti campi, tar cui anche le celle fotovoltaiche.
Per approfondimenti:
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