Nonostante ciò, il volume delle installazioni per applicazioni di accumulo di energia stazionarie rimane minimo rispetto alle batterie agli ioni di litio e le barriere economiche ne limitano la crescita del mercato. Tuttavia, come suggerito dal rapporto di mercato di IDTechEx, "Redox Flow Batteries Market 2024-2034: Forecasts, Technologies, Markets", una combinazione di fattori, tra cui l'evoluzione dei mercati del vanadio, lo sviluppo di chimiche RFB più economiche e la futura domanda di tecnologie di accumulo di energia a lunga durata (LDES), potrebbe aumentare la penetrazione delle batterie a flusso redox nel mercato dell'accumulo di energia stazionario nei prossimi anni. Questi sviluppi contribuiranno alla crescita del mercato delle VRFB e IDTechEx prevede che questo mercato raggiungerà un valore di 2,8 miliardi di dollari entro il 2034.

Barriere economiche alla VRFB

Le batterie a flusso di vanadio (VRFB) hanno sofferto di elevati costi iniziali dovuti all'elettrolita di vanadio e alle membrane utilizzate. L'elettrolita di vanadio rappresenta tra il 30 e il 50% del costo unitario di una VRFB e dipende dalle dimensioni complessive del sistema e dalla durata di stoccaggio richiesta. Le membrane tipicamente utilizzate nelle VRFB sono costose membrane a scambio ionico cationico, come Nafion™ di The Chemours Company. È improbabile che si verifichino riduzioni significative dei costi delle membrane, poiché versioni più economiche potrebbero influire negativamente sulle prestazioni delle VRFB. Ciò potrebbe includere una ridotta capacità di scambio ionico o conduttività ionica, una maggiore permeabilità alle specie attive o una minore resistenza chimica alle specie aggressive. Tuttavia, lo sviluppo di nuove miniere di vanadio potrebbe facilitare una riduzione dei costi iniziali dell'elettrolita, aumentando così la fornitura di elettrolita o consentendo l'adozione di modelli di leasing per l'elettrolita di vanadio.

Modelli di fornitura e leasing di elettroliti al vanadio

Nel 2021, le società minerarie hanno fornito 120.000 tonnellate di vanadio in tutto il mondo, tra cui i principali operatori Glencore, Largo e Bushveld. Di queste, il 92% è stato destinato alla produzione di acciaio e il 2% al mercato delle batterie a flusso di vanadio (VRFB). Nella produzione di acciaio, il vanadio viene utilizzato come agente di rinforzo nelle barre d'armatura, negli edifici e in altre infrastrutture industriali. Pertanto, i produttori di VRFB si troveranno a competere con i produttori di acciaio per le forniture di vanadio. La crescita limitata dell'offerta di vanadio, la domanda in continuo aumento e la concentrazione dell'offerta in Cina e Russia manterranno elevati i costi del vanadio nel medio termine. Tuttavia, le società minerarie junior stanno esplorando opportunità per la creazione di nuove miniere di vanadio, concentrandosi principalmente su Canada e Australia. Lo sfruttamento efficace di queste risorse potrebbe tradursi in una maggiore offerta di vanadio, potenzialmente riducendone il costo e facilitando così la riduzione delle spese in conto capitale per le VRFB e migliorandone la redditività.

Gli sviluppatori di VRFB potrebbero anche noleggiare l'elettrolita da un fornitore di vanadio per tutta la durata di vita della VRFB. Ad esempio, Invinity Energy Systems, uno dei principali sviluppatori di VRFB, ha creato una società chiamata Vanadium Electrolyte Rental Limited (VERL) con Bushveld Minerals. VERL offre ai suoi clienti la possibilità di noleggiare l'elettrolita. Questo contribuisce a ridurre il costo di capitale di una VRFB, rendendola più competitiva rispetto alle batterie agli ioni di litio per le applicazioni di accumulo stazionario. Tuttavia, è chiaro che un cliente che noleggia l'elettrolita sosterrà costi maggiori durante la vita utile del progetto VRFB rispetto a un cliente che paga l'elettrolita al fornitore con capitale iniziale. L'elettrolita potrebbe anche essere recuperato al termine della vita utile della VRFB tramite ultrafiltrazione o altri processi di riprocessamento più complessi. L'elettrolita noleggiato potrebbe quindi essere raccolto da un produttore di elettroliti e riprocessato per produrre pentossido di vanadio. Pertanto, le parti che noleggiano possono recuperare la maggior parte dell'elettrolita noleggiato, aumentando l'attrattiva di questo modello di business dal loro punto di vista.

Attività degli attori di VRFB

Nonostante le barriere economiche da superare per facilitare una più ampia adozione commerciale delle batterie a flusso di vanadio (VRFB), i segnali di continua attività da parte dei principali operatori suggeriscono che questa tecnologia continuerà a essere implementata, seppur in volumi inferiori rispetto alle batterie agli ioni di litio per applicazioni di accumulo stazionario. IDTechEx stima che, cumulativamente, entro il 2022 siano stati installati in tutto il mondo oltre 800 MWh di VRFB. Questa cifra è distorta da un'installazione da 400 MWh realizzata nel 2022 dalla società cinese Dalian Rongke Power. Si tratta di un sistema di accumulo con una capacità di 4 ore che supporta la connessione di nuove fonti di generazione rinnovabile alla rete di Dalian e riduce i picchi di carico elettrico nella regione. Si prevede che una seconda fase del progetto raggiungerà i 200 MW/800 MWh. L'attività di mercato di altri operatori nel settore delle VRFB include installazioni da parte di attori chiave come Sumitomo Electric Industries (Sumitomo), Invinity Energy Systems, H2 Inc. e CellCube. Inoltre, nel febbraio 2023, Sumitomo ha annunciato l'espansione della propria attività nel settore delle batterie a flusso redox (RFB), con un investimento iniziale di 7,6 milioni di dollari per prepararsi alla produzione e all'installazione locale di RFB negli Stati Uniti. Queste aziende mirano ad ampliare ulteriormente il proprio portafoglio progetti e le proprie attività commerciali.

La promessa di una chimica RFB più economica

Tuttavia, altre batterie a flusso redox (RFB) che utilizzano materiali elettrolitici attivi più economici e facilmente reperibili potrebbero rappresentare una minaccia futura per gli operatori di batterie a flusso redox al vanadio (VRFB). Sono in fase di sviluppo altri composti chimici, come ferro puro, zinco-bromo, zinco-ferro e idrogeno-bromo. IDTechEx stima che i costi degli elettroliti per questi sistemi RFB siano circa un ordine di grandezza inferiori a quelli degli elettroliti al vanadio, il che rappresenta un vantaggio fondamentale.

Sebbene negli ultimi anni siano stati avviati diversi progetti pilota e dimostrativi commerciali per molte di queste tecnologie chimiche, il principale attore del settore, CMBlu Energy AG (CMBlu), che sviluppa una tecnologia per batterie a flusso redox organiche (ORFB), sembra orientato verso la commercializzazione. Nell'ottobre 2023, il gruppo tecnologico STRABAG ha investito 100 milioni di euro (circa 108 milioni di dollari) in CMBlu. IDTechEx ha identificato questo investimento come uno dei maggiori round di finanziamento per un'azienda di batterie a flusso redox negli ultimi anni, superato solo da Dalian Rongke Power (sviluppatore di batterie a flusso redox a conduzione variabile), che ha raccolto oltre 145 milioni di dollari, e da WeView (sviluppatore di batterie zinco-ferro), che ha raccolto oltre 140 milioni di dollari tra il 2022 e il 2023, rispettivamente. Inoltre, Mercedes-Benz Group AG ha commissionato a CMBlu una batteria ORFB da 11 MWh nel marzo 2024, la cui entrata in funzione è prevista per la seconda metà del 2025, segnando uno dei più grandi progetti ORFB al mondo. Sebbene questi sviluppi indichino una continua attività commerciale per le ORFB, le prestazioni in loco di queste tecnologie saranno necessarie per iniziare a convalidare eventuali vantaggi tecnici rispetto alle VRFBS o ad altre chimiche RFB su scala commerciale.

Applicazioni future delle batterie a flusso redox per l'accumulo di energia a lungo termine

Indipendentemente dalla composizione chimica, è importante considerare quando si prevede un aumento della domanda di tecnologie RFB. Le batterie agli ioni di litio offrono costi di investimento (CapEx) competitivi o inferiori rispetto a molte alternative RFB per lo stoccaggio di breve durata (1-4 ore). Inoltre, l'efficienza di andata e ritorno delle batterie agli ioni di litio è superiore a quella delle RFB, il che rappresenta un ulteriore vantaggio. Le batterie agli ioni di litio sono state utilizzate su scala molto più ampia rispetto alle RFB per applicazioni di accumulo di energia stazionarie, come la commutazione energetica, o per fornire servizi ancillari alla rete per brevi periodi.
Tuttavia, con l'aumento della penetrazione delle energie rinnovabili variabili (VRE) nelle reti elettriche delle regioni chiave, aumenterà anche la necessità di gestire l'imprevedibilità e la variabilità dell'approvvigionamento elettrico da queste fonti. Saranno necessari sistemi di accumulo di energia per distribuire energia per periodi più lunghi quando l'energia proveniente da fonti VRE non è disponibile. Le batterie a flusso redox sarebbero particolarmente adatte come tecnologia di accumulo di energia a lunga durata (LDES), data la loro capacità di disaccoppiare la capacità energetica dalla potenza erogata. Ciò può ridurre le spese in conto capitale (CapEx) delle batterie a flusso redox (su base $/kWh) per periodi di stoccaggio più lunghi, rendendole economicamente più vantaggiose da implementare rispetto alle batterie agli ioni di litio per tali periodi prolungati. Tuttavia, non si prevede che la domanda di tecnologie LDES aumenti fino alla metà degli anni 2030 nelle regioni chiave, ed è in quel periodo che è probabile che la domanda di batterie a flusso redox, indipendentemente dalla loro composizione chimica, aumenti vertiginosamente.

Prospettive per le celle a flusso redox
: storicamente, le celle a flusso redox a vanadio (VRFB) sono state la tecnologia dominante, più diffusa e meglio compresa. Tuttavia, il loro elevato costo iniziale ha rappresentato un ostacolo importante alla loro maggiore diffusione, e le batterie agli ioni di litio continuano a dominare il mercato dell'accumulo di energia stazionario. Il potenziale aumento dell'offerta di vanadio attraverso lo sviluppo di nuove miniere e l'adozione di modelli di leasing di elettroliti potrebbero ridurre i costi iniziali delle VRFB, migliorandone la redditività economica. Nel breve termine, è probabile che le VRFB continuino a dominare il mercato delle RFB grazie alla maggiore disponibilità commerciale di queste tecnologie e alle consolidate catene di approvvigionamento tra fornitori di elettroliti e componenti e sviluppatori di VRFB. Tuttavia, le aziende che sviluppano prodotti chimici per RFB più economici e che utilizzano materiali più facilmente reperibili potrebbero cercare di aumentare la propria quota di mercato. In definitiva, si prevede che la domanda di tecnologie LDES aumenterà significativamente nel prossimo decennio, e le RFB saranno probabilmente un candidato ideale per questa crescita. Pertanto, una maggiore diffusione delle tecnologie RFB, indipendentemente dalla composizione chimica, è probabile solo nel lungo termine.

Autore: Conrad Nichols, analista tecnologico senior presso IDTechEx