Gli edifici alti potrebbero presto utilizzare lo stoccaggio di energia gravitazionale

Un gruppo di ricercatori in Canada ha proposto di impiegare sistemi di accumulo energetico basati sulla gravità negli edifici a più piani, in combinazione con facciate fotovoltaiche, piccole turbine eoliche e batterie agli ioni di litio. Le loro simulazioni hanno indicato che questo sistema ibrido potrebbe raggiungere un costo livellato dell’energia compreso tra 0,051 e 0,111 dollari per kWh.

Ottobre 20, 2025 Emiliano Bellini

Immagine: University of Waterloo

I ricercatori dell’Università di Waterloo, in Canada, hanno progettato un sistema di accumulo di energia gravitazionale solida che potrebbe essere utilizzato per immagazzinare energia rinnovabile negli edifici urbani ad alta quota.

Il sistema, basato su un meccanismo a funi e carrucole, è pensato per funzionare in combinazione con facciate fotovoltaiche installate sui lati sud, est e ovest, oltre che con piccole turbine eoliche da tetto e batterie agli ioni di litio (Li-ion).

Nella configurazione proposta, il sistema gravitazionale funge da unità di accumulo primaria, mentre le batterie vengono impiegate solo per una risposta rapida durante le ore di surplus o carenza significativa di produzione. Il sistema utilizza l’energia generata dalle facciate fotovoltaiche e dalle turbine eoliche per sollevare una massa pesante all’interno di un vano durante la fase di carica. L’energia potenziale accumulata viene poi rilasciata per azionare un generatore elettrico nella fase di scarica.

Il sistema comprende un’unità motore-generatore, funi di sollevamento, ingranaggi di trasmissione e blocchi in acciaio o cemento, e funziona in modo simile agli ascensori convenzionali negli edifici cittadini, operando a velocità quasi identiche.

“Questo progetto è tecnicamente realizzabile e ha anche dimostrato recentemente la sua validità commerciale,” ha dichiarato a pv magazine il principale autore della ricerca, Muhammed A. Hassan. “In particolare, ha realizzato un prototipo di sistema alto 15 metri e da 250 kW nel porto di Leith a Edimburgo, con due pesi sospesi da 25 tonnellate e due generatori collegati alla rete. La stessa azienda ha inoltre avviato due progetti commerciali su scala reale con capacità rispettivamente di 4 MW e 8 MW dal 2021.”

I ricercatori hanno modellato il sistema su 625 configurazioni generiche di edifici, considerando fattori come il rapporto fra superficie di facciata e volume, il rapporto lunghezza/larghezza e l’altezza rispetto all’area di base. Hanno inoltre utilizzato un algoritmo genetico multi-obiettivo (MOGA) per valutare sia il costo livellato dell’elettricità (LCOE) sia la dipendenza di ciascun edificio dall’elettricità di rete.

Dall’analisi è emerso che questo sistema ibrido potrebbe raggiungere valori di LCOE compresi tra 0,051 e 0,111 dollari per kWh, e costi dell’elettricità di rete tra 0,195 e 0,888 dollari per kWh. Secondo quanto riportato, tali risultati sono coerenti con quelli di sistemi di energia rinnovabile integrati negli edifici situati in Canada e in altre regioni con risorse rinnovabili limitate.

“Gli edifici più alti, con ampie superfici, tendono a ottenere valori LCOE più bassi ma costi di elettricità di rete più elevati,” hanno spiegato i ricercatori, sottolineando che la capacità del sistema di accumulo gravitazionale deve aumentare con l’intensità del consumo energetico dell’edificio.

Le simulazioni hanno inoltre mostrato che il sistema di accumulo gravitazionale potrebbe raggiungere periodi di ammortamento compresi tra 9 e 17 anni, e periodi di ammortamento attualizzati inferiori a 25 anni nella maggior parte dei casi.

“Ciò conferma la sua sostenibilità finanziaria a lungo termine,” ha affermato Hassan. Tuttavia, ha precisato che resta fondamentale un consenso industriale su diversi aspetti, tra cui la complessità operativa, i costi iniziali e la necessità di dimostrare un’affidabilità continua 24 ore su 24 nel corso di anni di funzionamento reale.

“Benché i principi meccanici siano comprovati”, ha aggiunto, “la sfida sarà aumentare la scala ingegneristica, garantire costi del capitale competitivi e realizzare un’integrazione efficace con le reti o gli ambienti industriali. L’adozione di mercato dipenderà dalla capacità di dimostrare che questi sistemi possono superare le alternative basate su batterie, prodotti chimici o altre soluzioni gravitazionali durante la loro vita operativa, specialmente per applicazioni che richiedono erogazioni energetiche di diverse ore o giornate senza degrado di capacità”.

“Le analisi indipendenti suggeriscono che la maturità commerciale, in termini di implementazione affidabile e bancabile nei mercati sviluppati al di fuori della Cina, sarà probabile verso la fine degli anni 2020, dopo alcuni anni di dati operativi dai progetti pilota attuali”, ha concluso. “Attualmente, lo stoccaggio gravitazionale fuori terra è dimostrato a scala iniziale ma non ancora adottato su vasta scala. Contratti sostenuti e prestazioni affidabili nei prossimi tre anni dovrebbero portare a una piena maturità commerciale.”

Il sistema è descritto nello studio “Building geometry-aware lifecycle optimization of hybrid renewable energy systems with solid gravity storage”, pubblicato su Applied Science.

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