A cura del Dott. Pierpaolo Piras, membro del Comitato per lo Sviluppo di Mondo Internazionale APS
Il petrolio è stata la materia prima che ha consentito la crescita esponenziale dell'industria dei trasporti globale nell'ultimo secolo, ma nel prossimo futuro sarà il Litio a essere considerato un bene sempre più prezioso e critico sotto il profilo geoeconomico.
Fa testo il caso degli Stati Uniti (accostabile a quello dei Paesi più industrializzati), le cui case automobilistiche mirano a vendere il 50% circa di nuovi veicoli elettrici entro il 2030. Nella odierna realtà commerciale, questa tendenza di mercato comporterà un aumento notevolissimo delle compra-vendite di litio come materia base indispensabile per la fabbricazione delle attuali batterie.
L'odierna produzione mondiale di litio nel solo 2020 è stata di circa 440.000 tonnellate di carbonato di litio nella forma cosiddetta equivalente (LCE, che contiene circa il 18% di litio puro). Tale enorme quantità viene estratta in una forma ancora fortemente grezza e pertanto non ancora adatta per le batterie in circolazione che invece lo richiedono in forma pura. Gli Stati Uniti , dopo la crisi petrolifera del 1973, hanno ceduto la propria sicurezza del fabbisogno annuo del petrolio a Paesi stranieri dai quali sono costretti ad importare una parte notevole del petrolio consumato, stanno facendo lo stesso errore strategico con il litio.
Secondo la BP Statistical Review del 2021, la Cina ha l’8% delle riserve mondiali di litio. Gli Stati Uniti hanno il 4,0%. (la maggior parte delle riserve globali di litio si trovano in Sud America e Australia). Tuttavia, in crescita progressiva, la Cina ha adottato una politica di nuove acquisizioni all’estero sia di miniere che di società di estrazione e lavorazione industriale del Litio diventando il terzo produttore al mondo, superando di gran lunga gli Stati Uniti. Gli investimenti della Cina nella fabbricazione di batterie agli ioni di litio sono scresciuti in maniera proporzionalmente elevata.
Il risultato ai giorni d’oggi nel mercato dell’accumulo dell’energia manifesta una sorta di minaccia, molto realistica, che la Cina Popolare sarà per il Litio ciò che nel 1973 l'OPEC è stato per il petrolio. Con l’unica eccezione degli Stati Uniti, già produttori di petrolio a pieno titolo. Per analogia non possiamo affermare altrettanto del litio.
Tuttavia, la ricerca tecnologica occidentale testimonia che oggi quel pericolo non c’è: gli esperti ritengono che si possa investire maggiormente sulle soluzioni alternative - già esistenti – alle batterie al litio, in modo da spezzare il dominio cinese nell’approvvigionamento e utilizzo di questa risorsa.
Alternative alle batterie agli ioni di litio
I soliti menagrami lanciano avvertimenti secondo i quali l’intero Occidente a breve diventerà pericolosamente dipendente dalla Cina Popolare, in una sorta di regime ricattatorio per le forniture di Litio. Simile alla strategia adottata da Putin per le forniture di gas all’Europa.
La realtà ci dice cose molto diverse: i più avanzati ritrovati scientifici – comprendendo anche quelli ancora più innovativi legati ad un ermetico segreto industriale – sono in gran parte già operativi e brevettati in Occidente. Le batterie del futuro saranno quasi tutte di produzione occidentale e soprattutto faranno totalmente a meno del litio. Saranno più ecologiche, più economiche, più sicure, più efficaci e con maggiore capacità elettrica.
Il progresso degli accumulatori d’energia
Diverse tecnologie, come le batterie agli ioni di sodio, allo stato solido e a flusso, sono già in varie fasi di ulteriore implementazione e sviluppo.
Nei vari processi industriali l’abbassamento dei costi non è l'unico parametro ad essere preso in considerazione: altri importanti parametri sono e devono essere da oggi valutati prima di adottare la più proficua tecnologia produttiva, adattata ad ogni utilizzo.
Alcuni di questi sono di seguito menzionati:
1. Energia e densità di potenza
2. Durata della validità
3. Costo dell’immagazzinamento per ogni caso specifico
4. Livello del grado di maturità progettuale della tecnologia utilizzata,
utilizzando una scala di valori da 1 a 9.
5. Livello di Sicurezza per gli addetti ai lavori nelle diverse condizioni
d'utilizzo
6. Capacità di produzione
7. Riciclabilità ai valori più elevati
Va inoltre considerato l'impatto ambientale di queste tecnologie, comprendendo le emissioni di gas serra prodotte durante la produzione e l'installazione, nonché i rifiuti generati nella fase di fine vita di ogni batteria.
Tenendo presente queste selettive considerazioni, segue l’elenco dei migliori accumulatori di energia candidabili già da oggi a questa scelta futura.
Batteria a stato solido (SSB):
In questo caso l'elettrolita allo stato liquido è sostituito da un elettrolita solido. Nelle SSB, l'elettrodo a bassa densità di energia di una al Litio (LIB) può essere sostituito con litio metallico, aumentando notevolmente la densità di carica energetica della batteria.
Le SSB possono essere molto più sicure delle attuali LIB. Queste proprietà le pongono in testa per la prossima sostituzione delle LIB in alcune applicazioni nei dispositivi mobili. Nonostante ciò, per integrare gli SSB nel sistema generale sono necessarie ulteriori e costose innovazioni per la produzione di massa e a garanzia della stabilità dei materiali utilizzati.
Batteria agli ioni di sodio (SIB):
Questa tipologia è conosciuta da tempo. Le SIB sono le maggiori concorrenti delle SSB. Le batterie agli ioni di sodio sono infatti in fase avanzata di sviluppo fin dagli anni '80. Esse hanno molto in comune con le LIB sia nella struttura materiale che nelle fasi di produzione, ad eccezione dello ione portatore della carica elettrica utilizzato nelle SSB, che in questo caso è il Sodio e non litio.
Questa fondamentale differenza stabilisce variazioni sostanziali nella chimica dell'elettrolita e dell'anodo. La produzione di SIB è stata già commercializzata in recenti dispositivi elettrici mobili e di accumulo nella complessità delle reti elettriche territoriali.
Esse potrebbero ridurre notevolmente la necessità di costosi minerali critici nella produzione di accumulatori (es. il Litio) e ridurre il pericolo di incendio, rispetto ai LIB.
Restano da perfezionare le problematiche legate alla densità di energia da poter erogare nell’unità di tempo e alla durata del ciclo di vita, ma, pur superandoli, le SIB rappresentano un concorrente significativo delle LIB nei veicoli elettrici a basso costo e in alcuni casi per gli accumulatori di energia, specie nel breve termine. In aggiunta, libererebbe da subito ogni dipendenza dalle forniture dai Paesi autocratici come la Cina Popolare.
Batteria a flusso
È un tipo di batteria ricaricabile, in cui elettroliti contenenti una o più sostanze elettro-attive sono disciolte e fluiscono attraverso una cella elettrochimica che converte l'energia chimica direttamente in energia elettrica. Le batterie a flusso potrebbero costituire un’alternativa commercialmente valida in quelle circostanze nelle quali si rendesse necessario dover accumulare tanta energia per lunghi periodi di tempo.
In pratica e per sommi capi, vengono conservate le soluzioni per il catodo e l’anodo in serbatoi separati che si caricano o scaricano l’elettricità accumulata pompando queste due soluzioni per il tramite di una pila centrale contenente una membrana a selezione ionica.
In molte batterie a flusso, come le batterie a “flusso redox”, la potenza e l'energia possono essere ridimensionate indipendentemente l'una dall'altra. Ciò consente agli sviluppatori di aumentare la durata dell'accumulo di energia in modo economico semplicemente aumentando le dimensioni dei serbatoi dell'elettrolito senza aumentare le dimensioni delle altre componenti. Il tutto senza Litio.
La rilevanza e l’impatto delle batterie alternative al Litio
A livello internazionale, questi due fattori creano diverse nuove alternative all’utilizzo degli ioni di litio, anche se attualmente sono ancora allo stato sperimentale in diversi stadi, anche se ad un livello avanzato d’implementazione. In India, è attiva una ricerca avanzata senza Litio, attualmente nella fase della “verifica teorica”. Anche qui tra non molto, sulle rive del Gange assisteremo alla accelerazione del suo dispiegamento anche a livello domestico.
Redazione