Crescono il mercato e le opportunità nella transizione energetica dei materiali compositi. E’ quanto emerge dal rapporto, “Composite Materials for Green Energy Applications 2026-2046: Trends, Technologies & Sustainability Outlook”, a cura di IDTechEx.
Nel complesso emerge come nei prossimi venti anni il mercato globale dei materiali compositi per l’energia verde dovrebbe superare i 78 miliardi di dollari.
Difatti le industrie stanno adottando compositi in polimeri rinforzati con fibre (FRP), in particolare vetro e sistema a base di fibra di carbonio, per l’uso nelle infrastrutture energetiche rinnovabili di prossima generazione. Dalle pale delle turbine eoliche agli alloggiamenti per batterie EV, ai serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno e ai sistemi di energia mareale, i compositi stanno migliorando le prestazioni dei sistemi, prolungando la durata operativa e sostenendo la riduzione dei costi.
Materiali compositi le sfide nelle energie rinnovabili
I materiali compositi svolgono un ruolo fondamentale nella costruzione delle pale e delle turbine per l’energia eolica. permettendo la produzione di pale più lunghe ed efficienti, con capacità delle turbine ora superiori a 15 MW. L’evoluzione del comparto sarà verso soluzioni composite più durevoli e leggere.
Anche i veicoli elettrici vedono i compositi polimerici un elemento chiave per gestire la riduzione del peso. Le case automobilistiche come Volkswagen, Kia e General Motors stanno incorporando GFRP e CFRP negli alloggiamenti delle batterie per ridurre la massa e migliorare l’efficienza della trasmissione. Sono ancora da risolvere questione legate alla prevenzione della fuga termica e della schermatura contro le interferenze elettromagnetiche (EMI).
L’idrogeno invece vede utilizzare tali compositi sia per il loro eccezionale rapporto resistenza-peso e sia per la resistenza chimica li rendono ideali per l’uso nei serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno. In particolare sono impiegati nella transizione verso i contenitori a pressione più leggeri e più durevoli del tipo V.
Nell’energia solare, il GFRP sta emergendo come alternativa all’alluminio per i telai dei pannelli, offrendo un peso inferiore e una resistenza alla corrosione superiore. Nell’energia marina, in particolare nei sistemi a maree, i FRP offrono un’eccellente durata meccanica e resistenza alle dure condizioni ambientali. Le resine mostrano un’estrema resistenza alla corrosione salina, insieme a una elevata resistenza meccanica per mitigare il rischio di cavitazione. Infine ci sono applicazioni anche nel geotermico. Qui sono testate nei sistemi compositi di tubazioni e rivestimenti, che offrono una resistenza a lungo termine alle salamoie corrosive, dove l’acciaio spesso fallisce. La resistenza termica dei materiali, tuttavia, limita attualmente il campo di applicazione alle sorgenti geotermiche a bassa entalpia (<100 °C).
Il tallone di Achille nella circolarità
Un tema aperto rispetto la natura di questi componenti è legato al fine vita. Difatti il recupero e il riutilizzo di questi materiali non è cosa banale.
Le reti polimeriche reticolate covalentemente nelle resine termoindurenti non sono riutilizzabili, rendendo il riciclaggio difficile, ad alta intensità energetica ed economicamente poco attraente. Mentre l’esigenza attuale è di andare verso soluzioni di materiali circolari.
Stanno nascendo quindi studi e prodotti realizzati con tecnologie di resine riciclabili, tra cui l’uso di termoplastici e, in particolare, vitrimeri. I Vitrimers presentano legami covalenti dinamici, offrono i vantaggi meccanici dei termoindurenti con riprocessabilità in condizioni controllate. Aziende come Westlake Epoxy e Techstorm stanno portando avanti questi sistemi per l’uso industriale, con un significativo focus di mercato verso l’industria delle turbine eoliche.
In questo scenario stanno crescendo anche le prospettive per resine a base biologica e i rinforzi in fibra naturale. Come limiti di queste la sensibilità all’umidità e la minore resistenza meccanica delle fibre naturali questo ne limita ad oggi l’uso in applicazioni ad alto carico come le pale del vento. Ad oggi difatti sono usate soprattutto per interni automobilistici, beni di consumo e componenti non strutturali, in cui l’impatto ambientale e l’estetica sono prioritari.
Il ruolo della normazione
La regolamentazione svolge un ruolo fondamentale per l’introduzione e la crescita di alcuni materiali rispetto ad altri. La direttiva quadro sui rifiuti in UE richiede agli Stati membri di attuare programmi completi di riduzione dei rifiuti e recupero delle risorse in tutti i cicli di vita dei prodotti, con un impatto sui fornitori di materiali compositi.
Paesi come la Germania, la Francia e i Paesi Bassi hanno già limitato lo smaltimento in discarica delle pale delle turbine eoliche.
Stando all’analisi di IDTechEx la pressione normativa influenzerà sia le scelte di progettazione che la scelta dei materiali, creando chiare opportunità per alternative sostenibili ai termoindurenti tradizionali.
Prospettive di crescita
Visto questo quadro tecnologico e normativo le prospettive di crescita per i materiali compositi nell’energia verde dipendono da due variabili: l’ottimizzazione delle prestazioni e la sostenibilità. La necessità di sistemi più forti, più leggeri e più durevoli è in aumento per tutte le principali tecnologie energetiche rinnovabili. Le industrie globali agiscono per raggiungere gli obiettivi climatici, in questo scenario i compositi rimarranno una tecnologia fondamentale, a sostegno della diffusione di sistemi energetici puliti che sono efficienti, scalabili e sempre più circolari.
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