Come la ricerca intende migliorare le batterie delle auto elettrice

In Svizzera si registra un boom nella vendita di auto elettriche: lo scorso anno sono state messe in circolazione circa 34 000 auto ricaricabili. Attualmente queste detengono una quota di mercato del 18 % delle nuove immatricolazioni (auto puramente elettriche a batteria: 9,9 %). In base alle stime, si ritiene che entro il 2025 la percentuale di modelli «plug-in» aumenterà fino al 40 % ed entro il 2035 addirittura al 91 %. Per incentivare l’uso delle auto elettriche occorrono batterie adatte, considerate un fattore chiave per la riduzione di CO2.

Batterie elettriche: i punti deboli

Al momento vengono impiegate le cosiddette batterie agli ioni di litio per trazione che usano una tecnologia sviluppata agli inizi degli anni ‘90 per l’elettronica d’intrattenimento portatile. Benché nel corso degli anni siano state costantemente migliorate, anche triplicandone la densità energetica, rimangono alcuni punti deboli.

Ancora oggi la produzione di batterie risulta costosa e costituisce una buona parte delle emissioni di CO2 generate dalla produzione di automobili. Per dare un ordine di grandezza, nella produzione di un'auto della classe media con una batteria da 42 kWh, circa un quarto delle emissioni di gas serra deriva dalla produzione della batteria. Inoltre, vengono impiegate materie prime preziose, come litio, cobalto, nichel, manganese, rame, alluminio e grafite, il cui smaltimento lascia sempre un’impronta ecologica. Soprattutto per l’estrazione del cobalto in alcuni Paesi d’origine mancano standard sociali e di sicurezza accettabili. Inoltre, nel riciclaggio delle batterie per trazione finora vanno persi troppi materiali preziosi.

 I progressi della ricerca

La ricerca tenta di ottimizzare i parametri delle batterie e renderle più longeve, leggere, economiche, efficienti ed ecologiche. Il mercato è alimentato dai numerosi fondi di ricerca, perché «Gli studi che si stanno conducendo oggi nel nostro Paese potrebbero portare allo sviluppo di prodotti da parte di start-up e grandi gruppi, capaci di generare fatturati nell’ordine di vari miliardi di dollari», ha osservato di recente l’Handelszeitung.

 L’Unione europea, ad esempio, ha lanciato l’iniziativa «Battery 2030+» e fondato la piattaforma European Battery Alliance con lo scopo di fare dell’Europa un leader mondiale nello sviluppo e nella produzione di batterie innovative. I produttori europei sono in forte ritardo, visto che attualmente le celle delle batterie e tanti altri componenti provengono in gran parte dall’Asia. E i Paesi europei vogliono liberarsi da questa dipendenza. In Svizzera, l’Istituto per la ricerca sui materiali Empa, i politecnici federali e l’Istituto Paul Scherrer in particolare sono coinvolti nel miglioramento sostenibile delle batterie. Corsin Battaglia, ricercatore dell’Empa, parla di un’atmosfera da corsa all’oro. Perché chi inventerà le nuove batterie per le auto elettriche o almeno le migliorerà sensibilmente diventerà molto ricco. Ecco perché si fa tanta ricerca in questo campo.

Corsin Battaglia ci aggiorna sugli ultimi sviluppi.

Le maggiori speranze sono riposte, ad esempio, nelle batterie bipolari, in cui le singole celle non sono più allineate l’una accanto all’altra in piccoli elementi ma sono impilate direttamente una sull’altra su una vasta superficie. Il nuovo concetto di imballaggio dovrebbe far aumentare l’autonomia delle auto elettriche fino a 1 000 chilometri.

Altri istituti di ricerca, tra cui l’Empa, si concentrano su batterie allo stato solido, prive di elettroliti liquidi, velenosi e infiammabili. Questo tipo dovrebbe rendere possibile una maggiore durata e una ricarica più rapida. Si discute anche di batterie al magnesio-zolfo. Le materie prime sarebbero infatti più economiche e in teoria con questa tecnologia si potrebbe immagazzinare il doppio di energia rispetto alle batterie agli ioni di litio. Inoltre, gli elettrodi sottili in silicio e litio consentirebbero di ridurre le dimensioni e il peso delle batterie. «La ricerca avanza a pieno ritmo, le aspettative sono enormi», dice Corsin Battaglia.

Una seconda vita per le batterie

Attualmente si può ipotizzare una media di circa 1 000–1 500 cicli di ricarica, fino a quando le batterie di trazione raggiungono il 70–80 % della propria capacità originale. Con l'autonomia usuale di ogni ciclo di vita (circa 300 km) si ottiene una durata di vita utile di 300 000–450 000 km. Di conseguenza cala l’autonomia, si riducono le possibilità di accelerazione e aumenta il tempo di ricarica. Le batterie ormai vecchie vanno quindi scartate. Se terminano il loro ciclo di vita senza riportare danni, viene data loro una seconda opportunità. Infatti, le loro capacità ridotte sono ancora sufficienti, ad esempio, per alimentare un monopattino o un muletto elettrici. Sono anche utilizzabili come accumulatori per impianti fotovoltaici di case unifamiliari, per stabilizzare la rete o come accumulatori di stazioni di ricarica veloce.

Ogni grammo di materiale conta

Tuttavia, le batterie difettose devono essere smaltite correttamente e nel rispetto dell’ambiente. Nel Cantone di Soletta è in preparazione il primo impianto di riciclaggio specializzato in batterie per auto. L’impianto, che sarà gestito dalla start-up Librec, entrerà in funzione nel 2023 e tratterà gli scarti generati in Svizzera. Per il riciclaggio Librec adotta tecnologie all’avanguardia che premettono di estrarre quasi tutti i materiali dalle batterie scartate e di reintrodurli nel ciclo produttivo, raggiungendo una quota di riciclaggio ampiamente superiore al 90 %. Altri procedimenti devono accontentarsi del 70 %. Così non solo si risparmiano risorse preziose, ma si evitano anche i trasporti all’estero che sono costosi e pericolosi, poiché le batterie al litio sono infiammabili e devono essere spedite in contenitori ignifughi.

A partire dal 2023, la quota di riciclaggio del 90 per cento dovrà diventare la norma

In molti Paesi europei sono in programma impianti gestiti secondo criteri ecologici, come intende fare Librec a Oensingen o a Biberist. L’Unione europea ha infatti deciso di emanare regole più rigide anche in questo campo. Entro la fine del 2027 il tasso di recupero standard per cobalto, piombo e nickel dovrà essere del 90 %, mentre per il litio del 50 %. Si tratta di cifre che miglioreranno ulteriormente entro il 2030. Per il litio, ad esempio, è previsto un aumento del tasso di recupero all'80 per cento. Inoltre, dal 2030, le nuove batterie per trazione dovranno contenere quote minime di materiali riciclati. Una misura che sostiene l’obiettivo dell’economia circolare e rende l’elettromobilità più sostenibile.

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