Immagina un intero edificio in cemento di 20 piani in grado di immagazzinare energia come una gigantesca batteria ricaricabile. Grazie a una ricerca innovativa della Chalmers University of Technology di Göteborg in Svezia, questa visione potrebbe un giorno essere una realtà.
I ricercatori del Dipartimento di Architettura e Ingegneria Civile hanno recentemente pubblicato nella rivista MDPI un articolo che delinea un nuovo concetto di batterie ricaricabili in cemento.
Il bisogno sempre crescente di materiali da costruzione sostenibili pone grandi sfide per i ricercatori. La dottoressa Emma Zhang, ex della Chalmers University of Technology, si è unita al gruppo di ricerca del professor Luping Tang diversi anni fa per cercare i materiali da costruzione del futuro. Insieme, hanno ora sviluppato un concetto, il primo al mondo, per una batteria ricaricabile a base di cemento.
Il concetto prevede una miscela a base di cemento con piccole quantità di corte fibre di carbonio aggiunte per aumentare la conduttività e la resistenza alla flessione. Incorporata nella miscela c’è una rete in fibra di carbonio rivestita di metallo: ferro per l’anodo e nichel per il catodo. È questo il prototipo che i ricercatori ora presentano dopo molte sperimentazioni.
Emma Zhang spiega:
«I risultati degli studi precedenti sulla tecnologia delle batterie di cemento hanno mostrato prestazioni molto basse, quindi ci siamo resi conto che dovevamo pensare fuori dagli schemi per trovare un altro modo di produrre l’elettrodo. La particolare idea che abbiamo sviluppato, che è anche ricaricabile, non era mai stata esplorata prima. Ora, abbiamo la prova del concetto su scala di laboratorio».
La ricerca di Luping Tang ed Emma Zhang ha prodotto una batteria ricaricabile a base di cemento con una densità energetica media di 7 Wattora per metro quadrato (o 0,8 Wattora per litro). La densità di energia viene utilizzata per esprimere la capacità della batteria e una stima modesta è che le prestazioni della nuova batteria Chalmers potrebbero essere più di 10 volte superiori a quelle dei precedenti tentativi di batterie di cemento. La densità di energia è ancora bassa rispetto alle batterie commerciali, ma questa limitazione potrebbe essere superata grazie all’enorme volume che la batteria potrebbe avere quando sarà costruita per essere utilizzata negli edifici.
Potenziale chiave per risolvere i problemi di stoccaggio dell’energia
Il fatto che la batteria sia ricaricabile è la sua più importante qualità, e le applicazioni che potrebbero derivare se il concetto fosse ulteriormente sviluppato sarebbero rivoluzionarie. L’immagazzinamento dell’energia è una possibilità ovvia, il monitoraggio è un’altra opportunità. I ricercatori vedono applicazioni che potrebbero andare dall’accensione di LED, fornendo connessioni 4G in aree remote, o la protezione catodica contro la corrosione nelle infrastrutture in calcestruzzo.
Emma Zhang suggerisce:
«Potrebbe anche essere accoppiato con pannelli a celle solari, ad esempio, per fornire elettricità e diventare la fonte di energia per i sistemi di monitoraggio in autostrade o ponti, dove i sensori azionati da una batteria di cemento potrebbero rilevare crepe o corrosione».
Il concetto di utilizzare strutture ed edifici in questo modo offrirebbe una soluzione alternativa alla crisi energetica fornendo un grande volume di accumulo di energia.
Rimangono da affrontare le sfide relative alla durata del servizio
L’idea è ancora in una fase iniziale. Le questioni tecniche che devono essere risolte prima della commercializzazione della tecnica includono l’estensione della vita utile della batteria e lo sviluppo di tecniche di riciclaggio.
Emma Zhang ha detto:
«Le infrastrutture in calcestruzzo dal momento che sono solitamente costruite per durare 50 o anche 100 anni, le batterie dovrebbero essere perfezionate per corrispondere a tale durata, o per essere più facili da sostituire e riciclare quando la loro vita utile è finita. È questo per ora rappresenta una grande sfida da un punto di vista tecnico».
Luping Tang in conclusione ha detto:
«Siamo convinti che questo concetto rappresenti un grande contributo per consentire ai futuri materiali da costruzione di avere funzioni aggiuntive come le fonti di energia rinnovabile».
