Batterie delle auto elettriche: dove siamo diretti?

Ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando per migliorare le batterie delle auto elettriche. Un ruolo importante in questo percorso non è svolto solo dai materiali utilizzati e dall’efficienza, ma anche dalla possibilità di riciclaggio. Le batterie sono in rapido sviluppo.

Batterie delle auto elettriche: dove siamo diretti?

Le auto elettriche di oggi montano batterie agli ioni di litio. Queste vengono costantemente migliorate, ma la loro produzione è ancora costosa e rappresenta circa un quarto della produzione di un’auto elettrica di fascia media che monta una batteria da 42 kWh. Possiamo fare di meglio? Ricercatori di tutto il mondo lavorano per rendere le batterie più durevoli, leggere, economiche, potenti e rispettose dell’ambiente, ad esempio con batterie ad alta energia povere di cobalto e ricche di nichel. Presto verranno sviluppate anche nuove tipologie. In Svizzera sono l’Empa, l’ETH e l’Istituto Paul Scherrer ad impegnarsi nello sviluppo delle batterie.

La batteria di un’auto elettrica vista da dentro

Il termine «batteria» indica l’intero sistema, composto dalle celle elettrochimiche vere e proprie, dal sistema di gestione della batteria, dal raffreddamento, dall’imballaggio e dal contatto. Le batterie delle auto elettriche sono generalmente modulari e il loro peso varia tra i 250 e i 650 kg. Le celle elettrochimiche costituiscono il cuore della batteria. Sono interconnesse tra loro tramite moduli che vengono combinati con il sistema di raffreddamento e un sistema di gestione della batteria integrato per formare un sistema di batterie.

L’unione dei materiali di una cella elettrochimica determina in modo decisivo le sue proprietà e di conseguenza quelle della batteria. Oggi per i veicoli elettrici vengono utilizzati tre tipi di batterie principali, che presentano vantaggi e svantaggi diversi.

Il mercato delle batterie per auto elettriche è in continua evoluzione

La domanda di auto elettriche vive una crescita globale. Lo stesso accade per le batterie agli ioni di litio. Solo nel 2021, la richiesta di accumulatori mobili di corrente è raddoppiata rispetto all’anno precedente. Questo boom è destinato a durare. Si prevede infatti che la domanda crescerà fino a toccare un fattore 10 entro il 2030. A seconda delle situazioni, sarà necessario aumentare da sei a dieci volte la produzione attuale per soddisfare un fabbisogno così elevato.

Le batterie stanno diventando intanto più accessibili. Soprattutto grazie al calo dei prezzi delle celle. Ma anche grazie al passaggio a prodotti chimici catodici più economici e alla riduzione del cobalto a favore del nichel. Nonostante le temporanee oscillazioni dei prezzi sul mercato delle materie prime, è probabile che la tendenza al ribasso dei prezzi delle batterie continui sul lungo periodo.

Ecco cosa si nasconde in una batteria agli ioni di litio

Il nome della batteria suggerisce che è composta principalmente da litio. Ci avevi mai pensato? Eppure questa materia prima costituisce solo il 2% circa della massa totale della batteria. Per una batteria di 400 kg, si tratta di 8 kg. Il resto è costituito principalmente da alluminio, rame, acciaio e plastica. L’infografica mostra com’è composta una batteria.

Grazie a moderni processi di riciclaggio, ben oltre il 90% di questi materiali può essere recuperato, con una purezza tale da consentirne il riutilizzo nella produzione di nuove batterie. Il riutilizzo dei materiali elimina gli impatti ambientali e sociali negativi conseguenti all’estrazione di queste materie prime.

Parliamo del rischio di incendio delle batterie agli ioni di litio?

Attualmente non ci sono dati sufficienti per esprimere una dichiarazione sul rischio di incendio dei veicoli elettrici rispetto ad altri tipi di propulsioni. Tuttavia, le prime valutazioni mostrano che il rischio di incendio delle batterie agli ioni di litio non supera significativamente quello dei motori a combustione. Il rischio di incendio è fondamentalmente maggiore solo se la batteria è danneggiata, conservata in condizioni poco idonee o utilizzata in modo non corretto.

Tra le cause conosciute di incendio vi sono i cortocircuiti dovuti a danni meccanici, ad esempio in caso di incidente, problemi di qualità in fase di produzione e il surriscaldamento, il cosiddetto «Thermal Runaway». Occorre inoltre prestare attenzione durante la fasi di carica e scarica. Se il flusso di corrente è troppo elevato possono verificarsi incendi.

Quanto dura una batteria agli ioni di litio?

Non è possibile fornire una risposta univoca a questa domanda, dal momento che i fattori che influenzano la durata di una batteria sono molteplici: ad es., la temperatura, le condizioni e la velocità di ricarica. Attualmente si ritiene che la durata di una batteria sia compresa tra i 1000 e i 500 cicli di ricarica completi. Due cicli di ricarica effettuati a metà corrispondono, ad esempio, a un ciclo di ricarica completo. E, con un’autonomia di 300 chilometri a ricarica, questo significa una durata totale compresa tra 300’000 e 450’000 chilometri. La variazione però può essere notevole. La letteratura, non presentando dati empirici, è in disaccordo. I valori pubblicati variano tra i 12 e i 20 anni. Le batterie sono garantite dalla maggior parte dei produttori. A seconda dell’auto elettrica, il periodo di garanzia è di 8–10 anni o di 150’000–200’000 km. Le batterie delle auto elettriche invecchiano in due modi diversi. L’invecchiamento avviene automaticamente nel tempo all’interno della batteria. Ciò avviene anche se la batteria non viene utilizzata. L’invecchiamento ciclico avviene quando la batteria perde capacità a causa di continue fasi di carica e scarica. Alcuni comportamenti virtuosi possono agire in modo positivo sulla durata della batteria. Utilizza l’auto elettrica con una carica compresa tra il 20% e l’80% circa della capacità di carica specificata. Evita il più possibile la ricarica rapida dell’auto elettrica, soprattutto quando la batteria è fredda.

La batteria e il suo impatto sulla valutazione del bilancio ambientale delle auto elettriche

Le auto elettriche sono circa quattro volte più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a veicoli analoghi a combustione interna, con emissioni di gas serra notevolmente inferiori per l’intero ciclo di vita. Osservando l'attualeBilancio ambientale auto elettriche dell’Istituto Paul Scherrer, si nota che la produzione di auto elettriche abbia un impatto ambientale superiore del 25–50% rispetto a quella dei veicoli a carburante. Perché? A differenza dei motori a combustione non hanno bisogno di un catalizzatore e quindi di rodio o palladio, due tra i materiali più dannosi per l’ambiente. Tuttavia richiedono una quantità molto maggiore di rame e di componenti elettronici. La produzione di batterie diventa così un elemento da tenere in considerazione nella valutazione del bilancio ambientale delle auto elettriche. I vantaggi però sono tanti. Terminato il loro ciclo di vita, quasi tutti i loro componenti possono essere riciclati, con una tendenza in costante aumento.

Una seconda vita per le batterie delle auto elettriche

Dopo circa 20 anni di utilizzo, i moduli delle batterie sono esausti al punto di dover essere riciclati a livello di materiale. Se dopo questo tempo la batteria diventa meno efficiente, potrebbe essere necessario sostituirla. Se è ancora funzionante, può essere ancora utilizzata in tanti modi utili. Si parla quindi di un approccio «multilife». In questo modo si riduce il fabbisogno di materiali critici e si offre una seconda vita alle batterie esauste. Ad esempio, per l’illuminazione di uno stadio: ad Amsterdam, le batterie dismesse di circa 150 auto elettriche immagazzinano l’energia solare diurna generata sul tetto dell’arena per distribuirla poi ai riflettori. Lo stesso principio può essere utilizzato a casa in scala ridotta.

Grazie al progresso, oggi si producono batterie sempre più performanti a parità di consumo di materiali. Da un punto di vista ecologico, può essere più utile recuperare le materie prime con un riciclaggio efficiente volto alla produzione di nuove batterie, invece di prolungare la vita delle stesse il più possibile.

Riciclaggio delle batterie in Svizzera

Che cosa succede alle batterie difettose? Diventano batterie nuove. In Svizzera, la start-up LIBREC gestirà il primo impianto di riciclaggio specializzato a partire dalla fine del 2023. Tecnologie all’avanguardia permettono di filtrare ben oltre il 90 percento dei materiali e di immetterli nuovamente nel ciclo produttivo. Dal 2030, secondo un regolamento dell’Unione Europea, ogni nuova batteria dovrà contenere una quota minima di materiale riciclato. Anche tu puoi dare il tuo contributo: prolunga la vita della tua batteria caricandola correttamente e adottando uno stile di guida efficiente.

Da dove vengono le materie prime per la batteria di un’auto elettrica?

Le auto alimentate a batteria rappresentano il futuro o spostano semplicemente l’inquinamento ambientale? Uno dei principali punti critici è l’utilizzo di terre rare, cobalto e litio nelle batterie. Per il documentario «Contromano», il giornalista di RSI Jonas Schneiter e l’ingegnere energetico Marc Muller hanno smontato due auto simili, una a benzina e una a trazione elettrica, per scoprire cosa c’è effettivamente al loro interno e si sono messi sulle tracce del processo di produzione.

Marc Muller si è anche recato in Congo. Nella cosiddetta «cintura del cobalto», ha parlato con i responsabili, gli attivisti e gli abitanti del posto e ha scoperto che il 90% della produzione avviene in modo controllato con norme molto severe. I bambini e le donne incinte non sono ammessi in queste miniere certificate. Tuttavia, il 10% del cobalto viene estratto illegalmente e senza alcun tipo di controllo e, in questo caso, è legittimo presumere che siano coinvolti dei bambini. I registi hanno anche dato un’occhiata da vicino alla produzione di litio in Cile e hanno parlato con i produttori e gli ambientalisti sul posto riguardo al processo di produzione, alla carenza d’acqua nella regione e alla diminuzione del numero di fenicotteri. Il film getta uno sguardo anche sulla questione pressante di come riciclare in modo efficiente le materie prime delle batterie elettriche.

Cliccare qui per il documentario

Il documentario del 2020 del regista Jérôme Piguet può essere visto gratuitamente sulla piattaforma Play Suisse della SSR (Società svizzera di radiotelevisione). Il film è in francese con sottotitoli in tedesco, francese e italiano. È sufficiente creare un account ed effettuare il login. Poi puoi trovare il film tramite la funzione di ricerca, inserendo «Contromano» («à contresens» in FR) e cliccando su Guardare gratuitamente il documentario.

Nel mio caso specifico, quali dimensioni deve avere una batteria?

Attualmente per molte auto elettriche è possibile scegliere tra varie batterie di dimensioni diverse. E non necessariamente bisogna optare per la batteria dalle dimensioni maggiori, dal momento che, negli ultimi anni, il settore delle batterie ha compiuto passi da gigante sia in termini di prestazioni che di autonomia.

Piuttosto, la domanda da porsi attualmente è: quale batteria si adatta meglio alle tue esigenze quotidiane?

E, inoltre, un aspetto decisivo è il seguente: l’auto elettrica è l’unica auto disponibile all’interno della tua economia domestica oppure la utilizzi come seconda auto e solo per tragitti più brevi effettuati nei dintorni? Per le normali distanze da pendolari inferiori a 40 km al giorno e per i viaggi a lunga distanza poco frequenti, solitamente è sufficiente una batteria più piccola con una capacità massima di 30 kWh. A seconda del periodo dell’anno, si possono percorrere 120–150 km nel traffico cittadino e negli agglomerati urbani.

Se percorri spesso distanze più lunghe, fino a 400 km al giorno, la batteria di un’auto elettrica più grande, con una capacità di 50 kWh, è una soluzione più flessibile. Con una sola carica si possono percorrere ben 200 km in autostrada e oltre nel traffico cittadino. Spesso anche il tempo di ricarica delle batterie più grandi è più breve. A seconda della capacità di ricarica rapida dell’auto, 10–45 minuti sono sufficienti per avere energia per i successivi 200 km. Un altro vantaggio? Le batterie dalle dimensioni maggiori si deteriorano più lentamente rispetto a quelle più piccole, dal momento che, per lo stesso chilometraggio, richiedono meno cicli di ricarica.

Se viaggi regolarmente su lunghe distanze o percorri tragitti superiori a 400 km al giorno, ti consigliamo una batteria ancora più grande. Con una batteria da 70 kWh, ad esempio, si possono percorrere ben 300 km prima di doversi fermare a ricaricare. È importante disporre anche di una capacità di ricarica rapida di 150 kWh o più, in modo da poter ricaricare per altri 200 km in 10–20 minuti.

In poche parole: non esiste un consiglio che vada bene per tutte le situazioni. Valuta esattamente l’autonomia che ti occorre e scegli una batteria con le dimensioni necessarie. La lista dei pro e dei contro presente di seguito ti aiuterà nella scelta.