La forte domanda e le prospettive spingono la ricerca nel campo delle batterie. Dalla Cina pronta ad accantonare il lito al riciclo della Germania, passando per la ricerca italiana.
Come non era difficile prevedere, la rapida crescita di interesse e il ruolo strategico assunto dall’accumulo di energia – e di conseguenza dalle batterie – stanno accelerando l’evoluzione dei sistemi di accumulo. Tra le buone notizie c’è il fatto che i tempi per ottenere risultati importanti sembrano ridursi; meno promettente è invece la posizione conservatrice dello scenario italiano, in contrapposizione con le logiche di mercato ormai globali. Non bisogna però dimenticare che, nonostante tutto la ricerca, nazionale non si arrende e da questa nascono premesse interessanti.
Si tratta dunque di un discorso particolarmente attuale e movimentato, dove le novità e le relative considerazioni sono ormai all’ordine del giorno. In particolare, vale la pena soffermarsi su tre dei fatti più recenti, solo all’apparenza disgiunti tra loro: il tentativo di rallentare l’avanzata del motore elettrico in ambito autotrazione, il settore guida per l’evoluzione delle batterie (che chiama in gioco la difesa dell’impresa italiana) e il tentativo di contrastare il dominio asiatico, cinese in particolare.
Ostracismo controproducente
La Cina è certamente il principale produttore sia di materie prime sia di apparati. A parte l’ambizione poco realistica di contrastare da soli un percorso evolutivo globale, se il Paese orientale gode di questa posizione non è certo per pura casualità. Discorsi politici, etici e sociali a parte, è frutto di strategie di lungo termine, di investimenti in fonti di approvvigionamento e di ricerca decisi tempo fa, dei quali oggi si vedono i risultati.
È questo un passaggio nel quale l’UE sta muovendo ora i primi passi e dove al momento l’Italia sembra voler restare ai margini. La conferma di tutto questo arriva proprio ancora una volta dalla Cina. Invece di limitarsi a parlare di come estrarre litio, rame, cobalto e altre materie prime indispensabili a produrre le batterie di ultima generazione, in Cina si sta già pensando a quando tutto questo non servirà più.
La stessa Catl oggi, tra i protagonisti degli accumulatori per come li conosciamo, ha infatti ufficializzato una batteria da 500 Wh/kg. Significa superare in un colpo solo i due principali limiti delle auto elettriche; autonomia e ingombro. Per capire la portata del passaggio, attualmente, anche con le batterie più performanti al litio, ci si ferma a 160 Wh/kg.
Tutto questo grazie a un radicale cambio di approccio. Catl naturalmente non si spreca in dettagli. Tuttavia, si parla di materiali catodici a elevata densità energetica, abbinati a materiali anodici altrettanto innovativi. La promessa è risolvere non solo i problemi di autonomia delle autovetture, ma contribuire a risolvere le questioni ben più grandi del trasporto commerciale su strada, ferro e aria. Non a caso, l’azienda sottolinea una collaborazione avanzata per realizzare il primo modello di aereo a propulsione elettrica.
La via italiana dell’idrogeno
Anche se con qualche ritardo, e con tempi operativi ancora da perfezionare, l’Unione Europea non sta comunque a guardare. La questione di trovare una soluzione più affidabile, sia dal punto di vista degli approvvigionamenti sia per le competenze, porta inevitabilmente a sfruttare le risorse disponibili in Europa.
Tra queste, una si trova in Italia, e precisamente in Trentino-Alto Adige. La promessa di Green Energy Storage è quella di raccogliere i primi risultati di un impegno iniziato già oltre un anno fa e ad arrivare a un prototipo innovativo già entro la fine dell’anno, anche in questo caso sfruttando alternative alle materie prime attualmente tanto ricercate e non di rado causa di conflitti. In particolare, interessante l’uso che si intende fare dell’idrogeno, idea certamente non nuova, ma interpretata in un modo del tutto diverso.
Sfruttando un finanziamento da oltre 59 milioni di euro da parte di IPCEI (Important Projects of Common European Interest), i ricercatori hanno lavorato su un approccio particolare alla chimica delle batterie. Il progetto prevede l’utilizzo di una coppia di serbatoi, collegati tra loro e a loro volta a un dispositivo elettronico.
Il meccanismo è semplice, almeno a parole. La corrente in entrata innesca una reazione nel primo serbatoio; da questo si libera idrogeno, recuperato e raccolto nel secondo serbatoio. Un aspetto importante è che il tutto avviene a bassa pressione.
A questo punto, nel momento di rilasciare energia, basta rimettere il gas in contatto con la soluzione chimica del primo serbatoio, in modo da farlo reagire per ricomporre il liquido iniziale e ottenere così il risultato desiderato.
Il problema attuale quando si impiega idrogeno è mantenere separati i processi di produzione e quello di impiego. L’obiettivo è superare questo ostacolo e riuscire a farlo con dimensioni e peso contenuti rispetto agli standard attuali.
Anche in questo caso è difficile poter entrare più nel dettaglio. È però noto come alla base ci siano due brevetti, entrambi sviluppati in Italia, segnale importante questo di come sia controproducente aver paura di cambiare e innovare. Ancora di più, dalla ricerca in corso ci sono ottime premesse per arrivare a migliorare densità e durata: il Green Energy Storage parla apertamente di arrivare a 15mila cicli di ricarica, contro una media di quattromila attuali.
Al momento, c’è però anche un ostacolo da non sottovalutare. La densità, infatti, resta inferiore alle batterie al litio, ragione per cui le dimensioni non sono ancora competitive. Bisogna però osservare anche come dagli iniziali 30 W/l si stia già per arrivare ai 150 W/l.
Bosch crede nel riciclo
Per quanto intriganti e rassicuranti possano essere queste novità, il presente con il quale dover fare i conti si presenta ancora diverso. Attualmente, infatti, il mondo dell’accumulo dell’energia ruota intorno agli ioni di litio e, presumibilmente, la situazione su larga scala resterà immutata ancora per alcuni anni.
I numeri però, iniziano a essere interessanti anche per un altro aspetto finora rimasto in disparte: il riciclo delle batterie. La possibilità di recuperare quasi tutti i materiali, se non destinare la batteria a una seconda vita meno stressante, come per esempio l’accumulo da energie rinnovabili, sono una certezza.
Per avviare il processo e relativi impianti, servono però numeri di una certa entità, che solo ora si iniziano a intravvedere. In pratica, se a oggi le industrie di raccolta e recupero di ingenti volumi di batterie sono poche, è proprio perché manca ancora la materia prima.
Tra chi ha comunque deciso di muoversi per tempo, si trova anche Bosch. Partendo dalla stima secondo la quale nel 2030 il 70% delle automobili nuove in Europa saranno elettriche, i numeri iniziano a essere interessanti per investire su processi di riciclo.
Secondo quanto dichiarato, Bosch è già pronta con appositi macchinari, attrezzature e software. In particolare, la consociata Rexroth fornisce a Battery Lifecycle Company, una joint venture con TSR Recycling, il primo sistema completamente automatizzato d'Europa per la scarica e il disassemblaggio dei moduli della batteria.
Secondo le previsioni dell'Istituto Fraunhofer per la Ricerca e l’Innovazione, per il 2030 l’Europa richiederà una capacità di riciclo pari a 420.000 tonnellate di materiale per batterie ogni anno. Progetti del genere sono quindi indispensabili per soddisfare le ambizioni comunitarie di maggiore indipendenza.
Anche considerando l’aumento della durata media da dieci a quindici anni, è arrivato il momento di investire. Sempre secondo l'Istituto Fraunhofer, gli impianti tecnici necessari per il riciclo richiederanno un investimento di oltre 6 miliardi di euro entro il 2040 nella sola Europa
A quel punto, però, riciclare diventerà conveniente: con un processo ottimizzato è possibile recuperare fino al 95% degli elementi chimici di una batteria e riutilizzarli nel processo di produzione della stessa. Inoltre, un sistema di scarica automatica sviluppato da Bosch non solo semplifica il riciclo, ma aumenta anche l'efficienza e la sicurezza risolvendo un problema non da poco: bastano infatti pochi minuti per scaricare completamente un modulo. Il sistema riconosce diversi modelli di batteria, riducendo al minimo rischi come cortocircuiti e incendi.
Come è facile prevedere, il primo impianto Battery Lifecycle Company sarà in Germania, presso la sede di Magdeburgo, e si conta a farlo entrare in funzione entro l’estate. Il sito testerà le batterie usate di diversi produttori, ne eseguirà la scarica completa e le preparerà per il successivo smantellamento.
All’interno dello stabilimento è previsto inoltre l’impiego di carrelli porta pezzi della capacità di 150 kg di materiale a una velocità di 18 metri al secondo. In pratica, basteranno meno di quindici minuti per scaricare automaticamente otto batterie agli ioni di litio dalle auto elettriche.
La soluzione automatizzata di Bosch promette di aumentare quindi la velocità di riciclo e, di conseguenza, i margini. Con il processo manuale in uso attualmente, occorre fino a una giornata intera per scaricare completamente una batteria.
Nella soluzione brevettata da Bosch, invece, i moduli batteria saranno disattivati chimicamente mediante un processo assicurato come affidabile, che permetterà di eseguire la lavorazione successiva senza tensione. L'energia residua dei moduli può essere utilizzata per far funzionare il sistema di riciclo.
Secondo le previsioni, ogni anno l'impianto di Battery Lifecycle Company riciclerà fino a 15mila tonnellate di materiali per batterie.
