La rubrica Abc Zero Carbon tratta, di volta in volta, un tema rilevante per lo sviluppo sostenibile. Scelto dalla lettera iniziale tra tutte quelle dell’alfabeto (Abc, appunto), e raccontato attraverso quattro semplici (Abc, anche qui) domande. Questa volta l’argomento in questione, per la lettera L, è il litio, metallo ed elemento chimico (simbolo: Li) che ha un posto di primo piano nell’evoluzione tecnologica, digitale e green del Pianeta.
Già oggi, il 90% dell’energia rinnovabile che viene immessa nella rete elettrica è immagazzinata in batterie agli ioni di litio, che vengono usate anche per muovere e far viaggiare i veicoli elettrici. Una risorsa e relative soluzioni in forte espansione. Non a caso, nel 2019, tre scienziati e ricercatori – Michael Whittingham, John Goodenough e Akira Yoshino – hanno ricevuto il premio Nobel per la chimica, proprio per l’invenzione delle batterie agli ioni di litio. E di queste batterie si parlerà ancora molto nel prossimo futuro, e saranno ancora dominanti almeno per i prossimi 5-10 anni, anche perché, al momento, non si intravede ancora un’altra tecnologia in grado di rimpiazzarle.
Il modo per immagazzinare la massima quantità di energia – da fonti rinnovabili e Zero carbon – sono (ancora) le centrali idroelettriche di pompaggio, ma a livello internazionale non se ne stanno costruendo molte di nuove, mentre per le batterie al litio continuano sviluppo e applicazioni
Perché il litio è un elemento sempre più importante nello scenario della Future mobility e della Future energy?
Il litio da sempre è utilizzato per fini industriali, ad esempio nella produzione di vetro e ceramica, ma oggi è sempre più usato soprattutto come componente per la creazione di batterie, dagli smartphone ai tablet, dalle vetture elettriche agli scooter. Questo metallo alcalino ha il vantaggio di disperdere pochissima carica energetica se non utilizzato, per questo si sposa alla perfezione con le esigenze e le caratteristiche di una batteria. Nel 2010, più del 40% del litio veniva impiegato per creare vetro e ceramica, mentre la produzione di batterie rappresentava soltanto il 14%. Oggi, più della metà del litio in circolazione viene utilizzato per la produzione di batterie ricaricabili e, per via del costante aumento di vetture elettriche e dispositivi portatili, l’impiego in questi settori è destinato ad aumentare ulteriormente nei prossimi dieci anni. Secondo le stime di Bloomberg New energy finance, nel 2030 il mercato delle batterie al litio arriverà a valere 115 miliardi di euro l’anno, con una crescita di almeno dieci volte rispetto al valore attuale. E ci si attende che, entro il 2035, la domanda di questa materia prima possa quadruplicare rispetto a oggi. Anche per questo, il metallo è sempre più al centro delle dinamiche geopolitiche mondiali.
Come e dove si produce?
Il litio è prodotto soprattutto da due fonti diverse: l’estrazione dalla roccia dura viene effettuata seguendo il metodo tradizionale, ovvero prelevando un minerale che contiene litio, lo spodumene. Oppure, con l’estrazione di giacimenti in salamoia, che sono accumuli di acque sotterranee che contengono litio, che viene estratto come il sale.
Le riserve di litio sono concentrate in pochi Paesi del mondo: il Cile possiede più della metà delle riserve (innanzitutto, nel deserto di Atacama), seguito da Australia, Argentina e Cina. Il Sud America predomina per le miniere in salamoia, mentre l’Australia è il primo produttore di litio tramite l’estrazione dalla roccia dura. Esistono molti composti di litio e ciascuno è adatto a scopi diversi: le due molecole predominanti sono il carbonato e l’idrossido di litio. Quest’ultimo è considerato il prodotto più adatto alla produzione di batterie, anche se alcune sono prodotte anche con il carbonato di litio. Inoltre il litio ha l’enorme vantaggio di essere il metallo più leggero della tavola periodica (terzo elemento in assoluto dopo H e He), e questo permette di ottenerne batterie molto più leggere rispetto a quelle a Pb/H2SO4, Ni, Ni/Cd e altre coppie elettrolitiche anche se alcune sono prodotte anche con il carbonato di litio.
Quali sono i principali Trend di sviluppo per le batterie al litio?
Saranno sempre più importanti in futuro: non solo per i veicoli elettrici, ma anche per conservare le energie rinnovabili, per loro natura irregolari, quando non c’è sole o vento. Nel mondo sono già prodotte a miliardi di pezzi ogni anno, il loro costo continua a scendere, e quindi è difficile per qualsiasi altra batteria competere. I loro limiti attuali riguardano principalmente il fatto che si vorrebbero batterie ancora meno costose e che durino di più. E c’è una questione di sicurezza: essendo infiammabili, non è prudente usarne di dimensioni medio-grandi dove non possono essere raggiunte dai mezzi di emergenza in caso di incendio. La vera sfida ora, per gli innovatori di tutto il mondo, è renderle più sostenibili, dato che diventerà sempre più importante riciclarle. Così come è importante riciclare i dispositivi elettronici che usiamo: oggi solo il 10% dei cellulari vengono riciclati per recuperare i materiali preziosi che contengono.
Come si potranno riciclare e rendere più sostenibili?
Puntando sul nichel, per sostituirlo al posto del cobalto, quest’ultimo permette non solo di dare maggior stabilità termica alle batterie al litio e migliorarne la sicurezza, ma aumenta anche la densità energetica e allunga la vita della batteria stessa. Tornando al nichel, per esempio, il consorzio internazionale Battery500 punta a estrarre dalle batterie con alta quantità di nichel la massima densità di energia. Perché oggi se ne perde ancora dal 10 al 15%, ed è uno spreco che va migliorato. Aumentando la qualità di queste soluzioni, si può ridurre ulteriormente la quantità contenuta di cobalto: oggi siamo arrivati ad avere circa il 5% di cobalto sul totale della batteria, gli scienziati puntano ad arrivare all’1%. Tutto ciò ridurrà anche di molto il costo, perché il cobalto è la componente di gran lunga più costosa delle batterie. Sarà anche importante fare in modo che ogni continente abbia una propria filiera completa di produzione di batterie, così da evitare l’invio di componenti attraverso luoghi lontani e opposti nel mondo.
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