L’ultimo rapporto di Aurora Energy Research parla chiaro: in Europa ci sono tre Stati che promettono bene quando si parla di sistemi di accumulo di energia a batteria. Tra questi c’è anche il nostro

Italia, Gran Bretagna e Irlanda possono vantare di essere alla guida della graduatoria del rapporto European Battery Markets Attractiveness di Aurora Energy Research, che prende in esame 24 Paesi europei. Rappresentano infatti i mercati più interessanti per gli investimenti nei sistemi di accumulo di energia a batteria. Il motivo? Spread solidi, forte sostegno politico e remunerazione del mercato delle capacità, che fornisce agli investitori entrate contrattuali a lungo termine.

Un dato promettente e che fa pensare a una crescita esponenziale nei prossimi anni. Il che “non è una sorpresa: l’accumulo di energia è uno dei fattori chiave della transizione energetica – ha commentato Ryan Alexander di Aurora Energy Researche una complessa interazione di fattori di costo e di guadagno si sta unendo per creare una sostanziale opportunità di investimento”.

Qual è la graduatoria

La Gran Bretagna in realtà è ormai da tempo più avanti rispetto a molti altri Paesi quando si parla di batterie e accumulatori. Può infatti vantare la maggiore capacità installata e in fase di realizzazione. Tant’è che si prevede che questa quadruplicherà.

Per quanto riguarda noi, invece, quello che ci contraddistingue è l’ambizione. L’Italia ha infatti l’obiettivo di raggiungere una capacità pari a 9 GW entro il 2030. Si tratta del nuovo meccanismo italiano di approvvigionamento di capacità di stoccaggio elettrico, all’anagrafe MACSE, che andrà a coprire sia i costi di capitale che quelli operativi.

Emergono dai dati di Aurora Energy Research anche alcuni Stati emergenti. Si tratta di Spagna e Grecia, dove le opportunità di investimento sono favorite da un solido sostegno pubblico, comprese le aste pubbliche per l’assegnazione della capacità. Le aste dedicate allo stoccaggio di batterie autonome o co-locate, infatti, in Europa hanno finora sovvenzionato almeno 1,8 GW di batterie in Germania, Grecia e Spagna. Le prossime aste potrebbero fornire oltre 15 GW in tutta Europa entro il 2030.

Un sistema in rapida crescita

Il ritmo di crescita del settore a livello europeo sta dunque accelerando. Dai 7,1 GW installati in Europa nel terzo trimestre del 2023, Aurora prevede una crescita di sette volte: fino a 51 GW entro il 2030 e 98 GW entro il 2050. Un’opportunità di investimento cumulativa di 78 miliardi di euro fino al 2050.

“Le batterie sono indispensabili per portare avanti la transizione energetica – ha spiegato Eva Zimmermann di Aurora Energy Research. Tuttavia, l’attrattiva del mercato dipende da una moltitudine di fattori. Elementi come la propensione al rischio, la portata dell’investimento e l’assetto preferito sono fondamentali quanto la progettazione del mercato e una comprensione completa degli sviluppi futuri del mercato dell’energia. Considerare collettivamente queste variabili è essenziale per prendere decisioni di investimento informate”.

Si tratta di una delle informazioni necessarie se si desidera acquistare un’auto a batteria. Vediamo quali sono i tre tipi di caricatori EV attualmente sul mercato

È la parte più preoccupante del possedere un’auto elettrica: ormai si parla sempre più spesso di ansia da ricarica, anche se in effetti la capacità delle batterie si sta ampliando. Nonostante ciò, è una buona idea avere chiari quali siano i tipi di caricatori EV, così da agire di conseguenza. Anche nell’ottica della tutela dei propri veicoli in condizioni come il grande freddo e il caldo torrido delle estati più recenti.

Le centraline di ricarica sono diverse non soltanto per la velocità a cui permettono di fare un pieno, ma anche per la varietà di connettori che possono essere impiegati. Sulla base della rapidità e del tipo di infrastrutture necessarie si parla perciò di tre tipi di caricatori EV.

Il livello uno, quello base

Si tratta del metodo più lento e inefficace, con un range tra 1 e 2 kW. È però anche il più semplice. Non richiede nessuno strumento particolare da installare né delle modifiche al proprio sistema elettrico. I caricatori di livello 1 sono una delle opzioni più facili di ricarica e una delle preferite dai proprietari. Molto comoda la possibilità di usarli di notte, così da avere il veicolo pronto per il viaggio casa-lavoro la mattina.

Oltre che per la facilità di installazione della centralina, questo genere di sistemi permettono anche di mantenere la longevità della batteria dell’EV grazie allo scarso stress termico. Idealmente, però, non si dovrebbero tenere diversi apparecchi ad alta richiesta energetica sulla stessa presa, così da non sovraccaricare il sistema. Un altro punto a sfavore è chiaramente quello del lungo tempo impiegato per un pieno. In alcuni casi sono persino necessarie più di 40 ore per una carica completa. Anche per questo BMW definisce il livello 1 come un “caricatore per uso occasionale”.

La seconda tipologia, possibile averla anche a casa

Ma non è questa l’unica possibilità domestica. Anzi. Un caricabatteria di tipo 2, infatti, può essere un buon investimento per la propria abitazione. È considerevolmente più veloce di uno livello 1 (ha prestazioni tra 5 e 10 volte migliori) ed è anche più sicuro, dato che ha un collegamento elettrico dedicato e separato. 

In Europa i caricabatterie di questo genere funzionano anche con la tensione standard di 230 volt, ma per le stazioni più potenti bisogna passare a un collegamento trifase separato da 400 volt. Possono essere montati a parete – sono i cosiddetti wallbox domestici – ma a volte sono anche attaccati a un piedistallo come nelle stazioni di ricarica, nei parcheggi o vicino ai marciapiedi. Solitamente è necessario avere un proprio cavo di ricarica.

Si parla di una batteria completamente carica in circa 5-10 ore, a seconda della velocità e delle sue dimensioni. Quando si usa questo sistema, il pacco batteria del veicolo si riscalda di più. Questo però non dovrebbe influire troppo sulla longevità della batteria e si può collegare il veicolo elettrico ogni notte, anche se sarebbe meglio mettere il limite di ricarica sotto il 100%.

La ricarica rapida di tipo 3

Ci sono infine i cosiddetti sistemi di fast-charging, ovvero quelli rapidi. Forniscono corrente continua che va direttamente nella batteria senza bisogno di convertitore. Anche per questo le colonnine hanno sempre un proprio cavo, che è più spesso rispetto a quelli più comuni. Si raggiungono velocità dichiarate fino a 500 kW per veicoli come la Lotus Eletre. Invece di ore, si parla di minuti.

Questa velocità ha però un costo: danneggia la salute del pacco batteria, che subisce un degrado accelerato. Ne parliamo nel nostro pezzo su come prolungare la vita di queste parti delle auto elettriche. Non è perciò consigliabile come soluzione per l’uso quotidiano.

A livello globale è previsto un aumento deciso della domanda dei principali minerali per le batterie delle auto elettriche. Tuttavia, l’offerta subirà contestualmente una riduzione, causando qualche motivo di preoccupazione

Con la crescita delle quote di mercato delle auto elettriche, come sappiamo sale di conseguenza la domanda di minerali e metalli essenziali per il funzionamento delle batterie. Attualmente la Cina occupa una posizione di leadership a livello globale in termini di estrazione e lavorazione. E di conseguenza domina nel mercato delle batterie delle EV, anche se il resto del mondo sta cercando di arrivare ad una propria emancipazione dal gigante asiatico.

L’ascesa della domanda dei minerali per le batterie a livello globale

Secondo un’analisi sostenuta da Sprott, realtà globale che gestisce investimenti in metalli preziosi, e pubblicata su Visual Capitalist, la domanda degli elementi fondamentali per le batterie salirà nei prossimi decenni a livelli altissimi. Come dimostrato dalla tabella qui di seguito riportata, e che mette a confronto la richiesta di rame, cobalto, litio, nichel, grafite e manganese (tutti metalli essenziali per le batterie) nel 2022 e quella prevista nel 2040, tenendo conto di uno scenario in cui le emissioni nette saranno pari a zero:

(*) In uno scenario ad emissioni nette zero

Fonte: Visual Capitalist / Sprott

Crescerà meno la domanda di cobalto

Spicca la crescita più moderata del cobalto, tra i metalli più onerosi e complessi da estrarre, oltre ad impattare di più sull’ambiente. Per non parlare delle questioni etiche riguardo la forza lavoro impiegata nell’estrazione, ad esempio nel giacimento più importante nella Repubblica Democratica del Congo. Motivo per cui sono allo studio materie prime alternative per sostituire il cobalto.

Come riporta Visual Capitalist, la crescita della domanda dipende anche dalla quantità di metalli che una singola batteria richiede. Il che spiega anche la necessità di recuperarli per un’economia più sostenibile dal punto di vista dei costi e dell’ambiente. Anche in questo caso la Cina si avvicina verso una posizione di leadership globale in termini di economia circolare.

Verso il 2030 ci sarà un calo della disponibilità di metalli e minerali fondamentali

Il recupero degli elementi essenziali per le celle è fondamentale vista la scarsità delle materie prime. Infatti, secondo l’Energy Transitions Commission, entro il 2030 ci sarà una diminuzione della disponibilità di rame, nichel, litio e cobalto, come illustrato nella tabella:

Fonte: Energy Transition Commission

L’aspetto relativo ai prezzi: il calo del costo del litio e delle batterie

Da notare inoltre che il litio nell’ultimo biennio ha subito un certo ondeggiamento nei prezzi. Questi sono aumentati del 140% nel 2022, per stabilizzarsi nel 2023. Ciò significa che si è passati dagli 83.000 dollari per tonnellata del 2022 al calo sui 18.300 $/t dell’anno successivo (dati China Post Securities). Questa riduzione è dovuta ad una scarsità delle scorte immagazzinate, dalla contestuale fornitura di litio più rapida rispetto alle previsioni e da un certo rallentamento della domanda delle auto elettriche in Cina. Dove, nel frattempo, si è concluso il programma dei sussidi statali per l’acquisto delle BEV.

Ciò ha determinato anche un calo nei prezzi medi delle batterie del 14%, come sottolineato da una recente indagine di BloombergNEF. Pesa una domanda globale più debole, per ora, destinata a salire come abbiamo visto nei prossimi decenni. Invece, in Europa i costi delle batterie sono saliti del 20%, mentre negli USA dell’11%. Secondo BloombergNEF ciò è dovuto al fatto che non ci sono ancora dei mercati strutturati come in Cina. E quindi abbiamo costi di produzione alti e volumi produttivi non al passo.

L’indagine inoltre prevede un ulteriore calo dei prezzi medi delle batterie per il 2024, toccando i 133 $/kWh. Sino ad arrivare ad 80 $/kWh nel 2030, grazie ad una produzione che farà passi avanti in termini quantitativi e qualitativi.

La batteria di un’auto, che sia a motore termico o elettrica, necessita di alcuni accorgimenti per evitare di ritrovarsi con la propria vettura improvvisamente ferma. Ecco quali

Torniamo a parlare di batterie delle auto elettriche e la loro manutenzione, o meglio su come preservare la loro durata. Ma soprattutto sorge la domanda: quanto possono resistere prima di scaricarsi completamente ed essere inutilizzabili? In attesa ovviamente dei progressi in termini di longevità. E che entrino a regime metodi come il riciclo e riuso degli accumulatori.

Non esiste un dato oggettivo sulla durata delle batterie, perché essa dipende da una serie di variabili. Le temperature, dal caldo estremo al freddo rigido, ad esempio, impattano sulle loro prestazioni.

Allargando però il discorso a tutte le batterie, anche quelle per le auto con motori benzina e diesel, esistono una serie di precauzioni per allungare loro la vita. Il portale How Stuff Works ha fornito una veloce rassegna sui tipi di accumulatori e ciò di cui necessitano per una migliore longevità.

I tipi di batterie per auto, da quelle al piombo agli ioni di litio per le ibride ed elettriche

A partire dalle batterie al piombo (con l’elettrolita rappresentato da una soluzione di acido solforico dove sono immerse le celle) che troviamo nelle comuni vetture, l’analisi riguarda anche quelle al piombo-acide sigillate, studiate per evitare fuoriuscite, per arrivare all’attuale stato dell’arte delle auto ibride ed elettriche, ovvero quelle agli ioni di litio.

Queste ultime possono durare dagli otto ai vent’anni, mentre quelle standard al piombo in media possono arrivare dai tre ai cinque. In attesa che l’evoluzione a stato solido possa ulteriormente allungare queste specifiche, già da ora si può rendere più estesa la vita degli accumulatori.

Quando bisogna sostituire la batteria di un’auto

Anzitutto, per capire se la batteria è in via di esaurimento, ci sono alcuni indizi rivelatori prima che l’auto non parta più. Ad esempio una spia preoccupante può essere la difficoltà nell’avviare il mezzo, con un rumore più flebile emesso dal motore. Oppure i fari che proiettano una luce meno potente, ma oltre alla vista e all’udito bisogna anche usare l’olfatto.

Infatti, una batteria scarica può emanare un odore poco piacevole, dovuto alle esalazioni di idrogeno solforato. Che notoriamente è caratterizzato da un tanfo di putridume (e i cui fumi non andrebbero mai aspirati). C’è da dire inoltre che questo olezzo può essere causato anche dal surriscaldamento dell’accumulatore, che causa la trasformazione dell’acido solforico presente nella batteria in idrogeno solforato.

Infine, bisogna usare anche la vista quando si ispeziona l’accumulatore. Se nei terminali sono presenti degli accumuli biancastri, può darsi che sia in atto un processo di corrosione.

I motivi per cui una batteria può esaurirsi

Tutti questi fenomeni avvengono per usura della batteria, che può calare di prestazioni anche quando l’auto resta ferma per tempi lunghi. Oppure se si usa l’infotainment, come ad esempio la radio, o le luci o l’aria condizionata a vettura ferma. Mettono a rischio la durata della batteria anche le vibrazioni, come quelle causate da fondi stradali sconnessi, o le già citate temperature estreme.

Perciò, per fare in modo che la batteria di un’auto possa durare il più possibile, bisogna anzitutto considerare il fatto che i viaggi brevi, contrariamente a quanto si potrebbe dedurre, possono influire negativamente sulla sua longevità. Questo perché l’alternatore non ha la possibilità di ricaricarla, avendo bisogno di regimi e tempi più lunghi di un breve tragitto. E quindi manca la tempistica necessaria per una carica completa.

Gli altri accorgimenti per prolungare la vita alla batteria

Ovviamente bisogna poi evitare di esporre l’auto a climi eccessivi, come la canicola o il freddo pungente. Ancora, in caso di corrosione non bisogna buttare la batteria. Se i terminali presentano macchie sospette, si può procedere ad una pulizia di emergenza – ovviamente a veicolo spento –  staccando i cavi sia negativi che positivi. Se non sono visibili fessure da cui fuoriesce acido, allora si può procedere ad una pulitura con l’imprescindibile bicarbonato di sodio.

Si versa un cucchiaio in acqua bollente e poi si usa uno spazzolino per rimuovere le tracce corrosive. Infine si risciacqua con acqua fredda per togliere ogni deposito rimasto. Va da sé che questo procedimento è da effettuare con molta attenzione e molte precauzioni, ed è meglio comunque delegarlo ad un meccanico o un manutentore esperto.

In ogni caso dei semplici accorgimenti, evitando le situazioni di stress per l’auto a cui abbiamo accennato, potrebbero consentire alla batteria una durata anche decennale.

Una delle difficoltà più frequentemente incontrate da chi possiede veicoli elettrici è la gestione della batteria quando ci sono grandi variazioni di temperatura. Questo perché le batterie si scaricano con il freddo (ma patiscono anche il caldo). Cerchiamo di capire le ragioni e come evitare problemi

Chi vive in zone del mondo in cui si raggiungono temperature sotto lo zero lo sa bene: le batterie ‘muoiono’ se l’esposizione al gelo è troppo prolungata. In più, i tempi di ricarica si allungano oppure non è possibile portare al termine il rifornimento. Si tratta di problemi che colpiscono particolarmente coloro che hanno un EV, ma che in realtà coinvolgono tutti. D’altronde, anche le macchine endotermiche hanno una batteria (che, tra l’altro, è particolarmente importante per il suo funzionamento) e pure benzina e diesel e altre parti meccaniche dei veicoli possono subire contraccolpi durante l’inverno.

Cosa succede quando la temperatura è troppo bassa

Le batterie devono essere sufficientemente calde per consentire agli elettroni di muoversi, regola che vale a maggior ragione per le stazioni di ricarica rapida. Gli ioni di litio, infatti, scorrono attraverso un elettrolita liquido, producendo elettricità. Quando le temperature si abbassano, però, questi ioni viaggiano più lentamente e non rilasciano abbastanza energia. Questo riduce l’autonomia del veicolo e, dunque, il suo rendimento. Ecco perché le batterie si ‘scaricano’ con il freddo.

La maggior parte dei veicoli elettrici è progettata per aumentare la temperatura della batteria quando il termometro scende. Allo stesso tempo, i sistemi di riscaldamento che mantengono l’auto calda assorbono energia dalla batteria ad alta tensione, riducendo la capacità disponibile per la guida. La maggior parte dei veicoli elettrici più recenti ha la possibilità di essere dotata di una pompa di calore, che è più efficiente, ma ciò non vale per tutti.

Come evitare che le batterie si scarichino con il freddo

Esattamente come per il caldo, dunque, bisogna prendere degli accorgimenti per mantenere le batterie integre. A Chicago negli ultimi tempi è esploso il panico da EV scarichi, ma in realtà tutte le problematiche dovute al freddo possono essere evitate con un po’ di pianificazione.

Preriscaldare le batterie al litio

Secondo il Journal of Energy Storage bisogna anzitutto preriscaldare le batterie quando c’è freddo. Questo può essere fatto in due modi sulla base della fonte di calore per cui si opta.

I metodi ‘esterni’ sono caratterizzati da una grande perdita energetica, lunghe tempistiche ma bassa complessità di sistema. Quelli ‘interni’, invece, raggiungono l’obiettivo di riscaldamento della batteria più velocemente, mantenendo una grande efficienza, riducendo l’impatto di invecchiamento della batteria per sbalzi di temperatura ma rischi più alti per la sicurezza.

Collegare il veicolo all’alimentazione mentre si riscaldano l’abitacolo e la batteria è un ottimo modo per risparmiare perdita di autonomia. L’automobile, infatti, utilizzerà l’energia della fonte esterna piuttosto che quella interna per scaldarsi.

Pianificare i viaggi

Per i proprietari di alcune tipologie di veicolo (come le Tesla) è possibile usare l’opzione di pianificazione del viaggio. Questo permette all’auto di prepararsi, scegliendo anche sulla base della temperatura esterna quando cominciare a riscaldare la batteria.

In caso non si fosse in grado di dare una tempistica esatta, poco prima di andare verso la macchina è possibile dare il comando tramite l’app per attivare l’opzione defrost.

‘Avvertire’ della ricarica l’auto

Quando si mette sul navigatore una stazione di ricarica veloce, gli EV dell’azienda di Elon Musk cominciano già a riscaldare la batteria così da massimizzare la velocità di rifornimento. Un’ottima opzione per tutte le stagioni, ma soprattutto per l’inverno.

Come guidare per rendere più efficienti gli EV al freddo

Secondo le raccomandazioni dell’American Automobile Association, un ottimo modo per evitare problemi di inverno è quello di abbassare il riscaldamento dell’abitacolo e guidare più lentamente. La velocità ha un forte impatto sull’autonomia in ogni caso. Inoltre, a differenza dell’endotermico, non esiste ‘calore di scarto’ generato dal motore che può essere pompato direttamente nell’auto per riscaldare le persone.

Le temperature non scaricano soltanto la batteria, ma fanno anche perdere tempo e denaro ai viaggiatori. Quando ci sono -6°C, ad esempio, si spendono più di 22 euro in più ogni 1600 chilometri. Quando invece ci sono 35°C, si parla di 7,30 euro in più ogni 1600 chilometri.

I ricercatori del MIT hanno messo a punto batterie per auto elettriche con materiali organici al posto del costoso ed impattante cobalto. In questo modo si ottiene una alternativa più ecologica, ugualmente efficace e con costi che potrebbero essere persino dimezzati

Se è vero che il futuro della mobilità è destinato ad essere elettrico, è anche vero che un ruolo cruciale lo svolgeranno le batterie. Oltre a rappresentare l’anima energetica delle vetture, esse pesano per larga parte del prezzo finale dell’auto. Ciò spiega la necessità di procedere con la ricerca per innovare celle ed accumulatori, in modo da potersi basare su materie prime a costi accettabili, così come i processi di produzione che possano essere più innovativi di quelli attuali. E renderle anche sostenibili a livello ambientale.

Il cobalto, una risorsa ed un problema per le batterie delle auto elettriche

A tal proposito, metalli come il cobalto sono essenziali per le batterie agli ioni di litio, ma sono anche onerosi in termini di estrazione e lavorazione, sia dal punto di vista ambientale che economico. Oltre a presentare sullo sfondo delle questioni etiche riguardo lo sfruttamento della forza lavoro impiegata nelle miniere (uno dei principali giacimenti si trova nella Repubblica Democratica del Congo). Eppure nel 2022 i prezzi hanno subito un calo, mentre alternative come le batterie litio-ferro-fosfato hanno iniziato a diffondersi sempre di più. Colossi del settore come la cinese CATL e marchi automobilistici come Tesla stanno infatti puntando sulle LFP in luogo degli accumulatori a base di cobalto.

Il MIT sviluppa una batteria a base di materiali organici

E intanto si battono ulteriori strade. Ricercatori del MIT hanno messo a punto una batteria con al proprio interno un catodo basato su materiali organici, decisamente meno impattanti rispetto al cobalto o altri metalli come il nichel.

Lo studio ha dimostrato come questa alternativa abbatterebbe i costi di produzione. Ma non solo: i materiali organici introdotti dai ricercatori presentano la medesima velocità conduttiva di elementi come il cobalto. E infine, migliorano i tempi di ricarica e le capacità di stoccaggio sono simili alle batterie tradizionali.

Il cobalto usato nei catodi (elettrodi caricati positivamente, a differenza degli anodi la cui carica è invece negativa) degli accumulatori agli ioni di litio consente una grande stabilità e densità energetica. Ma ha un prezzo volatile come abbiamo visto, oltre a comportare gli svantaggi citati in apertura.

I materiali organici ad oggi non avevano presentato la stessa conduttività, durata e capacità di stoccaggio, almeno la maggior parte di essi. Tra l’altro, come informa l’articolo del MIT relativo alla ricerca, materiali di questo genere devono essere miscelati con polimeri in qualità di leganti, per via proprio della loro bassa conduttività. In questo modo viene mantenuta una proprietà conduttiva, ma al prezzo di ridurre la capacità di accumulo dell’energia.

Il progetto del MIT finanziato da Lamborghini

Circa sei anni fa si è iniziato a lavorare su una svolta. Nel laboratorio del MIT dove opera il professore di energia Mircea Dincă, che occupa una cattedra W.M. Keck nel Dipartimento di Chimica, è stato mandato avanti infatti un progetto finanziato da Lamborghini per lo sviluppo di un batterie per auto elettriche basata su materiale organico. Da qui la scoperta di un materiale specifico da parte di Dincă e dei suoi studenti.

Esso è costituito da una molecola organica a tre anelli esagonali chiamata TAQ bis-tetra ammino benzochinone, che in buona sostanza crea “una struttura simile alla grafite” (altro elemento essenziale delle batterie). Queste molecole presentano poi i chinoni, composti organici che contengono elettroni e che contribuiscono a creare dei legami idrogeno forti, rendendo quindi il materiale molto stabile. Inoltre esso diventa anche parecchio insolubile, inibendo perciò la possibilità al materiale stesso “di dissolversi nell’elettrolito della batteria”, a differenza di altri composti organici.

E così la durata stessa della batteria aumenta. Il materiale organico inoltre è stato stabilizzato con materiali di riempimento, ad esempio gomma e cellulosa, in modo da poter migliorare la sua adesione al collettore di corrente in rame o in alluminio della batteria. Il tutto senza occupare spazio e senza influire negativamente sulla capacità di stoccaggio. I materiali di riempimento hanno inoltre un ulteriore vantaggio. Essi impediscono la rottura del catodo quando gli ioni di litio ci fluiscono durante la ricarica, rendendolo quindi più affidabile e longevo.

I vantaggi delle batterie organiche

Il risultato insomma è stato quello di aver sviluppato un materiale che potesse consentire ad una batteria le medesime capacità di accumulo e conduttive di quelle al cobalto. Ciò è stato dimostrato dai test svolto da Dincă e il suo staff, in cui figura tra gli autori dello studio anche il ricercatore presso l’Università di Bologna Alessandro Franceschi. Non solo: le batterie dotate di materiali organico potrebbe rendere più veloci i tempi di ricarica delle vetture elettriche. Il tutto ad un costo per la fabbricazione delle batterie organiche inferiore sino alla metà rispetto a quelle tradizionali. Ciò è dovuto alla larga disponibilità in commercio per i materiali che costituiscono il catodo.

Le batterie organiche potrebbe arrivare a oltre 2.000 cicli di ricarica “con un degrado minimo”

Dincă ha affermato, come riporta l’articolo del MIT: “Penso che questo materiale potrebbe avere un grande impatto perché funziona molto bene. È già competitivo con le tecnologie esistenti e può far risparmiare molti costi e superare difficoltà e problemi ambientali legati all’estrazione dei metalli che attualmente vanno nelle batterie”.

Il professore ha poi aggiunto: “Le batterie al cobalto possono immagazzinare molta energia e hanno tutte le caratteristiche che interessano alle persone in termini di prestazioni. Ma hanno il problema di non essere ampiamente disponibili e il costo oscilla ampiamente con i prezzi delle materie prime. E, man mano che si passa a una percentuale molto più elevata di veicoli elettrificati nel mercato di consumo, diventeranno sicuramente più costose”. Con la batteria organica, invece, oltre ad un abbattimento dei costi “possiamo arrivare a oltre 2.000 cicli di carica con un degrado minimo”.

Il gruppo di lavoro di Dincă sta inoltre studiando la possibilità di utilizzare il più economico e disponibile sodio al posto del litio, oppure il magnesio.

La società EnerVenue propone una batteria metallo-idrogeno dalla durata trentennale e che sostiene 30.000 cicli di ricarica. Una soluzione innovativa ed efficiente per lo stoccaggio, testata nello spazio che deve ancora trovare applicazione sulla Terra

In un panorama attuale dove la richiesta di energia si deve sposare con l’ottimizzazione della stessa, evitando sprechi e coniugando il tutto con la sostenibilità, l’americana EnerVenue propone una innovazione riguardante la durata e lo stoccaggio.

La batteria metallo-idrogeno di EnerVenue: una durata di 30 anni e 30.000 cicli

Essa si basa su una batteria al nichel-idrogeno, aggiornata nella versione metallo-idrogeno. Questo tipo di accumulatore consente ai sistemi di stoccaggio stazionario soluzioni flessibili ed efficienti in termini di costi. Detto in soldoni, parliamo di una batteria che ha una durata di trent’anni. Non solo, consente 30.000 cicli di ricarica, ed è garantita per vent’anni (e 20.000 cicli) prospettando almeno l’88% della capacità della stessa una volta concluso il periodo di garanzia. Al di là della durata notevole, queste batterie presentano anche un’alta densità energetica.

Le caratteristiche della batteria EnerVenue

Tutto questo è possibile grazie agli idruri metallici utilizzati come materiali per anodi e catodi, mentre il ruolo dell’elettrolita è svolto dall’idrogeno gassoso. Per essere più precisi, esse presentano un serbatoio di gas pressurizzato con all’interno una pila di elettrodi. Nella situazione di carica si crea una reazione catalitica che genera gas idrogeno. Quando la batteria si scarica, l’idrogeno compie un processo di ossidazione diventando acqua.

Tutte queste caratteristiche consentono secondo EnerVenue ancora più vantaggi in termini di stoccaggio stazionario rispetto agli ioni di litio.

Oltre alla citata longevità, lo stoccaggio degli accumulatori metallo-idrogeno è più sicuro rispetto alle controparti agli ioni di litio, essendo meno soggetto a fughe termiche.

EnerVenue lavora ad una gigafactory che in futuro punta ai 20 GWh

L’azienda californiana, la cui tecnologia nichel-idrogeno si basa sulla medesima usata nella Stazione Spaziale Internazionale e nel telescopio Hubble, punta ora alla commercializzazione del suo sistema inserendosi nel segmento dello stoccaggio di energia a lunga durata. Una domanda che per EnerVenue si attesta attualmente a 7 GWh. Intanto è in fase di costruzione uno stabilimento da 1 GWh nel Kentucky, con la possibilità di arrivare a piena capacità a 20 GWh. In esso verrà prodotta la batteria di ultima generazione metallo-idrogeno, che potrà consentire capacità di stoccaggio superiori al 150%. Si passerebbe quindi dagli 1,2 kWh per unità della versione precedente a 3 kWh.

Inoltre l’azienda ha affermato che il nuovo sistema di stoccaggio è ottimizzato per essere inserito in ambienti con temperature diverse (le batterie possono gestire climi esterni dai -40°C ai 60°C). Ancora, sono state potenziate le funzioni di monitoraggio.

I vantaggi delle batterie metallo-idrogeno

EnerVenue ha quindi spiegato: “Le ESV [Energy Storage Vessels, la cui unità è mostrata nella foto di apertura, ndr] di nuova generazione possono effettuare cicli flessibili fino a tre volte al giorno, con tassi di scarica da due a 12 ore, consentendo applicazioni e modelli di business unici per sviluppatori, integratori e proprietari”.

Quindi, le batterie metallo-idrogeno hanno una durata eccezionale, sono più efficienti in termini di stoccaggio rispetto a quelle agli ioni di litio, possono sostenere ambienti estremi come lo spazio e sono pure ignifughe. L’amministratore delegato di EnerVenue Jorg Heinemann ha inoltre aggiunto che il loro costo è paragonabile agli accumulatori attuali (l’elemento più costoso è il nichel), “e utilizziamo materiali che abbondano sulla Terra”.

Dallo Spazio alle applicazioni di tutti i giorni

Ora bisogna però testare queste batterie su larga scala. Sino ad ora sono state utilizzate in settori di nicchia come l’esplorazione aerospaziale, ma pur confortati dai risultati ottenuti in situazioni così al limite, bisogna ancora vedere l’applicazione nella quotidianità dell’accumulatore metallo-idrogeno. Per il momento EnerVenue ha avviato una linea di produzione pilota da 100 MWh annuali, con test effettuati su scala ridotta.

Come ha affermato l’analista specializzato in tecnologie di accumulo energetico presso Wood McKenzie, ovvero Aaron Marks, “una volta che la tecnologia avrà raggiunto una certa scala, contribuirà a rendere l’intero panorama tecnologico migliore e più economico semplicemente fornendo una concorrenza reale”. Intanto altre realtà stanno studiano ulteriori alternative per le batterie, come quelle che presentano celle metallo-aria.

Immagine di Copertina: EnerVenue

Ingegneria aerospaziale, strumenti di intelligenza artificiale, prodotti per la medicina, sensori intelligenti, piccoli droni e persino robot. Sono solo alcuni dei possibili contesti in cui si potrà usare la batteria che dura 50 anni inventata da un’impresa cinese

Mezzo secolo. Si tratta dell’autonomia della nuova batteria nucleare di Betavolt, la BV100, costruita utilizzando l’isotopo nichel-63 e un materiale semiconduttore di diamante. Un’invenzione che, se realizzata, potrebbe rivoluzionare il modo in cui viviamo: basti pensare che così potremmo avere cellulari che non hanno bisogno di essere caricati. Ma non tutto è oro quel che luccica.

Le caratteristiche di BV100

Oggi la batteria di Betavolt è ancora in fase di sperimentazione, e solo dopo averla superata si potrà procedere con la produzione in massa. Nel frattempo, però, bisogna puntualizzare alcune cose. La BV100 non offre molta potenza, si tratta di un prodotto di 15 x 15 x 5 mm che eroga 100 microwatt a 3 volt. Nonostante ciò, l’impresa ha spiegato che si potrebbero utilizzare più batterie in serie o in parallelo, a seconda dei requisiti del dispositivo. Sicuramente il primo passaggio sarà quello di lanciare una versione da 1 watt di questa batteria atomica entro il prossimo anno.

C’è però da dire che è sicuramente una svolta poter avere una batteria atomica piccola e sicura che duri fino a 50 anni.

Com’è stata realizzata la batteria che dura 50 anni

La BV100 è composta posizionando una lastra di nichel-63 dello spessore di 2 micron tra due convertitori a semiconduttore di diamante. Per migliorare le prestazioni del suo prodotto, Betavolt sta inoltre studiando isotopi come lo stronzio-90, il promezio-147 e il deuterio per sviluppare batterie a energia atomica con livelli di potenza più elevati e una vita utile ancora più lunga, fino a 230 anni.

Intanto, quella presentata oggi è una batteria con una densità energetica 10 volte maggiore rispetto a una a ioni di litio, quantomeno secondo quanto riporta l’azienda cinese. A differenza di quelle tradizionali, tra l’altro, questa non emette radiazioni all’esterno e non rappresenta un problema per l’ambiente neanche dopo la fine del suo ciclo di vita. L’isotopo di nichel-63, infatti, decade in rame con un tempo di dimezzamento di circa 100 anni.

Tra gli altri pro di questa batteria, uno che la accomuna a quelle allo stato solido: il suo funzionamento in contesti estremi, con temperature che vanno da -60 a 120 gradi Celsius. Un raggiungimento impressionante e che potrebbe far molto anche per l’industria automobilistica.

Dall’aerospazio al resto dei settori

La tecnologia usata per la batteria atomica di Betavolt non è comunque una grandissima novità. Sistemi analoghi sono stati sviluppati dagli Stati Uniti e dall’URSS negli anni ’60. Ma ci sono delle differenze. Le vecchie batterie nucleari erano grandi, pericolose, calde e costose. Alcune impiegavano persino il plutonio come fonte di energia radioattiva, mentre la BV100 sembrerebbe essere sicura e non perdere radiazioni anche se sottoposta a colpi di arma da fuoco o a forature.

Uno studio prevede che la Cina possa arrivare alla piena autosufficienza in termini di riciclo di materie prime per batterie per auto elettriche, prima di Europa ed USA. Ed arrivare così a realizzare una propria economia circolare

Nella tenzone tra Cina e resto del mondo sul terreno dell’industria automobilistica elettrica si inserisce una componente fondamentale per le BEV, ovvero le batterie. Ma uno studio ha rivelato un dato che potrebbe impensierire la nostra parte di mondo. Risulta, infatti, che Pechino prima ancora degli Stati Uniti e dell’Europa raggiungerà la piena autosufficienza in un aspetto fondamentale per rendere sostenibile questo settore (e consentire un abbattimento dei costi). Ovvero, quello del riciclo delle materie prime utili alle batterie per funzionare.

Il settore in espansione del riciclo delle batterie per auto elettriche

Il recupero dei materiali base per il funzionamento delle celle è un territorio che diversi marchi e start-up stanno esplorando. L’obiettivo è dare nuova vita alle batterie garantendo notevoli risparmi. Ma al tempo stesso anche la possibilità di potersi emancipare dal monopolio che la Cina detiene nell’estrazione e lavorazione dei minerali e terre rare. Che sappiamo essere fondamentali per il funzionamento delle auto elettriche.

Esistono diversi progetti in Europa portati avanti da start-up alle prese con innovazioni nei processi di recupero di celle ed accumulatori, e così anche negli Stati Uniti. Ma dicevamo della doccia fredda. Uno studio dell’Università di Münster, in Germania, e condotto dal professor Stephan von Delft ha messo in luce i progressi cinesi nel settore del riciclo.

Ecco quando la Cina si emanciperà nel settore del riciclo delle batterie

Progressi tali da portarla alla piena autosufficienza tramite la realizzazione di una compiuta economia circolare prima del resto del pianeta. Lo studio, dal titolo A battery value chain independent of primary raw materials: Towards circularity in China, Europe and the US, prevede Europa e Stati Uniti arriveranno a soddisfare la loro domanda di litio per batterie per auto elettriche tramite il riciclo non prima del 2070. La Cina, a sua volta, raggiungerà questo traguardo entro il 2059.

Per quanto riguarda altri minerali fondamentali per le batterie come il cobalto, la data per la piena autosufficienza per Pechino sarà il 2045. Mentre per l’Europa sarà il 2052 e per gli USA il 2056. Infine, per quanto concerne il nickel se ne parla dal 2046 per la Cina, dal 2058 per l’Europa ed entro il 2064 per gli USA.

“La Cina arriverà ad una economia circolare in anticipo di più di dieci anni rispetto a Europa ed USA”

I risultati mostrano che la Cina realizzerà la piena circolarità più di dieci anni prima dell’Europa e degli Stati Uniti per litio e nichel e sette anni prima per il cobalto”, si legge nello studio. La ricerca inoltre mette in guardia sul fatto che nel prossimo futuro “aumenterà anche la domanda assoluta di materiali per batterie”. E aggiunge: “I risultati suggeriscono inoltre che il riciclo su larga scala delle batterie dei veicoli elettrici esauste avverrà prima in Cina (2035) rispetto agli Stati Uniti e all’Europa (2040). Il che pone sfide importanti per i modelli di business circolari poiché è necessario creare impianti di riciclo su larga scala, resi operativi e sufficientemente utilizzati. È quindi necessario aumentare la capacità di riciclo a livello globale”.

Lo studio ha utilizzato un modello di analisi del flusso dei materiali (Material Flow Analysis) per capire l’andamento della domanda nel futuro. E fornire quindi una valutazione su quanto potranno essere accessibili le materie prime da riciclare. Sono stati coinvolti esperti in settori non solo delle batterie, ma anche dell’industria automobilistica e della ricerca scientifica.

Nello studio si sottolinea quindi come l’adozione sempre più capillare delle auto elettriche potrebbe aiutare ad aumentare il numero di batterie disponibili per essere recuperate. Una sorta di circolo virtuoso che darebbe man forte ad un’economia basata sul riciclo dei materiali. Oltre a soddisfare più in fretta la domanda di materie prime.

Tensione tra Stati Uniti e Cina sul tema delle batterie delle auto elettriche e i componenti per questo tipo di veicoli. I dipartimenti del Tesoro e dell’Energia attenuano la stretta sugli ecoincentivi che avrebbe messo alla porta Pechino con la sua industria. Ma lo scontro resta aperto

Tra Stati Uniti e Cina si sta accendendo uno scontro commerciale sulle batterie delle auto elettriche. Un settore dove Pechino ad oggi troneggia. Mentre il resto del pianeta sta studiando le contromisure per evitare che i loro mercati soccombano all’offensiva del Dragone.

Ad esempio l’Europa, tramite le istituzioni UE, nei mesi scorsi aveva annunciato una indagine per capire se ci fossero pratiche commerciali scorrette da parte cinese in termini di prezzi delle loro BEV in arrivo sui nostri mercati. E gli Stati Uniti stanno dando corso ai principi e alle normative messe nero su bianco lo scorso anno nell’Inflation Reduction Act.

Batterie per auto elettriche, la stretta USA sulle materie prime dalla Cina dal 2024

All’inizio di dicembre i dipartimenti del Tesoro e dell’Economia hanno specificato ulteriormente una serie di norme tese a disincentivare gli automobilisti e i consumatori ad acquistare veicoli elettrici oggetto di sovvenzioni statali qualora questi mezzi contengano componenti delle batterie che arrivano o sono lavorati in Cina. Un provvedimento firmato dal presidente Biden che mira a limitare la presenza di componentistica e batterie made in Pechino sul territorio americano, limitandone la diffusione. E ciò vale non solo per la Cina, ma anche per altri Paesi giudicati ostili (Foreign Entities of Concern), come la Russia, la Corea del Nord e l’Iran.

Il credito d’imposta sino a 7.500 dollari per l’acquisto di un’auto elettrica quindi dal 2024 sarà valido se il veicolo non avrà al suo interno componenti di provenienza cinese. O dagli altri Paesi nella lista nera. Questo vale sia per le batterie che per i minerali in essa presenti. Ciò rappresenterebbe un problema per la Cina, che ad oggi ha avuto gioco facile nel commercializzare all’estero, Stati Uniti compresi, le proprie batterie. Ricordiamo inoltre che sei dei maggiori dieci produttori di batterie a livello globale sono proprio cinesi.

Pericolo scampato per l’Europa

Gli USA invece puntano a proteggere la propria economia, la propria industria automobilistica e l’occupazione. Il Dipartimento del Tesoro, per essere precisi, già lo scorso aprile aveva diramato delle linee guida che specificano i paletti previsti dall’IRA riguardo l’accesso agli ecoincentivi (sotto forma di crediti d’imposta). In quell’occasione era stata scongiurata la temuta stretta nei confronti dell’industria europea. Ma al tempo stesso il Tesoro americano aveva preannunciato la chiusura alla possibilità di accedere agli ecoincentivi a partire dal 2024 per veicoli con componenti da Cina, Russia, Iran e Corea del Nord.

Ma alla fine gli Stati Uniti hanno ammorbidito la loro posizione (su pressione dell’industria automobilistica)

La pressione però della lobby automobilistica rappresentata dall’Alliance for Automotive Innovation (e che riunisce marchi come General Motors, Ford e Stellantis) ha fatto sì che venissero esclusi dalla stretta alcuni minerali fondamentali per le batterie. Questo per evitare che il mercato delle auto elettriche si riducesse negli USA a pochi modelli, visto il sussistere della dipendenza delle materie prime cinesi per diversi costruttori. I quali a loro volta sono “costretti” perlopiù a rifornirsi presso le catene di fornitura che partono da Pechino. Un divieto draconiano avrebbe avuto perciò riflessi notevoli sul mercato americano, con conseguenze sui posti di lavoro. Questo perché gli USA ancora non hanno ancora una propria industria totalmente autonoma in termini di materie prime per le batterie.

Il caso della collaborazione tra Ford e CATL

Quindi, per i prossimi due anni alcune materie prime saranno esentate da questa stretta. E marchi come GM hanno annunciato che saranno molti i suoi veicoli che potranno continuare a beneficiare del credito d’imposta federale. Più complessa invece la situazione di Ford. Lo scorso febbraio la casa automobilistica aveva annunciato la produzione di batterie litio-ferro-fosfato a basso prezzo dal 2026. Data in cui sorgerà un impianto in Michigan, con un progetto che è frutto della collaborazione con il colosso cinese delle batterie CATL.

Le regole che entreranno in vigore da gennaio 2024 prevedono che una joint venture di un’azienda americana con un Paese della lista nera – che detenga una quota partecipativa pari o superiore al 25% – non ha diritto a rientrare nella politica dei crediti d’imposta. Ma da CATL assicurano che le nuove linee guida federali non avranno effetti sull’accordo con Ford. Bisogna però anche specificare il fatto che lo scorso settembre il progetto dell’impianto da 3,5 miliardi di dollari è stato temporaneamente fermato dal marchio dell’ovale blu.

La Cina risponde alle misure americane

Intanto dalla Cina non si è fatta attendere una prima reazione alle misure statunitensi. Il Ministero del Commercio ha parlato di regole “discriminanti” per le loro aziende. Non solo: violerebbero, secondo Pechino, anche le regole dell’Organizzazione Mondiale del Commercio. Gli USA però potrebbero rivolgersi ad altre realtà specializzate in batterie per auto elettriche. Come i principali gruppi sudcoreani (ad esempio Samsung, SK On o LG).