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Cosa c’è nel futuro dell’elettrificazione: batterie al Litio oppure …

Una tecnologia destinata a durare?

litio

Se si vuole prevenire il cambiamento climatico o meglio , invertirlo, è l’elettrificazione il primo pensiero che viene in mente per far ridurre le emissioni e rilanciare le economie. La mobilità, e persino i processi industriali funzioneranno in gran parte con elettricità rinnovabile entro la metà del secolo.

Al pari dell’economia dominata dai combustibili fossili che opera attraverso una rete di distribuzione, trasporto e stoccaggio, il mondo elettrificato si affiderà sia alle linee di trasmissione che alle batterie. La produzione delle centrali eoliche e solari sarà sempre più immagazzinata nelle batterie.

Le batterie agli ioni di litio simili a quelle che alimentano i telefoni cellulari e i computer portatili, alimenteranno una quota sempre maggiore di veicoli e forniranno energia di riserva a case e uffici. In paesi come gli Stati Uniti, che non hanno una rete di trasmissione nazionale integrata, le batterie saranno chiamate ad appianare gli squilibri locali e regionali tra domanda e offerta di energia.

La produzione delle batterie richiesta in un tale mondo è sbalorditiva. Solo per soddisfare gli obiettivi di produzione dei veicoli elettrici (EV) già annunciati dalle case automobilistiche, saranno necessari 1.000 gigawattora (GWh) di capacità produttiva globale di batterie nel 2025, dice l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA). La produzione annuale globale di batterie potrebbe raggiungere 1.500 GWh entro il 2030 per soddisfare la domanda di veicoli elettrici, sulla base di obiettivi a lungo termine fissati dai governi

Il crollo del costo del Litio

Ma quanto velocemente le batterie possono sostituire i motori a combustione nei veicoli o le centrali a gas naturale utilizzate per sostenere la rete elettrica? Dipende dal fatto che le economie di scala continuino a far scendere i costi e il costo medio delle celle delle batterie agli ioni di litio è diminuito dell’82% dal 2012, secondo IHS Markit.

La società di ricerca prevede che il costo medio delle celle delle batterie agli ioni di litio scenderà sotto i 100 dollari per chilowattora (kWh) nel 2023 e a 73 dollari/kWh entro il 2030. Questa cifra è il punto di incontro con l’industriam, dalla quale ci si aspetta che i veicoli elettrici raggiungano la parità di prezzo con le auto con motore endotermico. I costi della batteria potranno scendere ancora di più, a 61 dollari/kWh entro il 2030, secondo i ricercatori della società di ricerca energetica Bloomberg NEF (BNEF).

Tesla dice di aver avuto così tanto successo nel ridurre i costi delle batterie che prevede di fare un EV da 25.000 dollari entro il 2023. Una serie di miglioramenti al design delle celle, ai materiali e all’integrazione dei veicoli a celle potrebbe ridurre i costi di produzione delle batterie dell’azienda del 56% e aumentare la gamma del 54% entro tre anni, dice il CEO Elon Musk.

Le batterie al litio-ferro-fosfato (LFP), prodotte dai giganti delle batterie BYD e CATL in Cina, sono già sotto l’obiettivo dei 100 dollari/kWh, dice IHS Markit. Le chimiche dominanti delle batterie agli ioni di litio usate a livello globale – LFP, insieme a nichel-manganese-cobalto (NMC) e nichel-cobalto-alluminio (NCA) – dovrebbero essere tutte sotto i 100 dollari/kWh entro il 2024.

Il reperimento dei minerali

Per ora, le batterie più comunemente usate nei veicoli o nei sistemi stazionari di immagazzinamento dell’energia sono basate su tecnologie agli ioni di litio. Le chimiche variano, ma le varianti dominanti – LFP, NMC e NCA – usano materie prime rare e difficili da reperire come litio, cobalto, nichel e grafite. Gli esperti del settore monitorano da vicino la catena di approvvigionamento delle batterie agli ioni di litio per determinare se le materie prime saranno disponibili in quantità sufficienti a soddisfare la domanda prevista per i veicoli completamente elettrici e i sistemi fissi di stoccaggio dell’energia.

Nella previsione EV globale “caso base” di Wood Mackenzie, i ricercatori trovano che la fornitura di materie prime per batterie è sufficiente nel prossimo decennio, ma la maggior parte dei mercati si sposta in deficit oltre il 2030 come le vendite EV “decollano” e comprendono il 40% delle vendite di veicoli passeggeri entro il 2040.

In uno scenario in cui in base alle ultime stime i veicoli elettrici raggiungeranno il 20% delle vendite di veicoli entro il 2025 e più del 50% entro il 2035, per soddisfare la domanda il mercato del cobalto dovrebbe raddoppiare entro il 2025, e le batterie dovrebbero assorbire il 30% della domanda globale di nichel entro il 2030, da meno del 5% di oggi.

Con tali previsioni saranno necessario rivedere i sostegni governativi, i processi di approvvigionamento e infine le regole e gli appalti per l’estrazione dei minerali.

Musk ha detto al Battery Day di Tesla del settembre 2020 che l’azienda ha acquisito un deposito di litio vicino alla sua gigafabbrica del Nevada e che avrebbe iniziato l’estrazione del litio. Tesla sostiene di aver sviluppato un nuovo metodo per estrarre il litio dai depositi di argilla. Tuttavia, i dettagli sul processo sono stati scarsi, e gli esperti sono scettici sul fatto che Tesla abbia fatto una scoperta rivoluzionaria. Ma la vera buona notizia è che Tesla inizierà anche a riciclare le batterie in Nevada entro la fine del 2020.

La nuova corsa all’”oro”. Lotta per il dominio globale delle batterie.

Poiché le batterie per le applicazioni mobili (veicoli) o stazionarie (edifici, sottostazioni) sono oggi basate per lo più su prodotti chimici incentrati sul litio, i paesi che ospitano depositi di litio, o che hanno già investito in una catena di approvvigionamento di batterie agli ioni di litio, sono ben posizionati per dominare il mercato – almeno nel breve termine.

La classifica inaugurale della catena di approvvigionamento globale delle batterie agli ioni di litio di BNEF trova che la Cina ha superato il Giappone e la Corea per prendere il controllo dell’industria almeno fino al 2025. La Cina rappresenta l’80% della raffinazione delle materie prime, il 77% della capacità delle celle e il 60% della produzione di componenti a livello globale, dice il rapporto. La Cina è la patria di 107 delle 142 fabbriche di batterie agli ioni di litio già costruite o in costruzione in tutto il mondo, dice un rapporto di Washington, DC-based nonprofit Securing America’s Future Energy (SAFE).

“Il dominio della Cina nel settore è prevedibile, dati i suoi enormi investimenti e le politiche che il paese ha attuato nell’ultimo decennio”, dice James Frith, capo del BNEF per lo stoccaggio di energia. “I produttori cinesi, come CATL, sono passati dal nulla ad essere leader mondiali in meno di dieci anni”.

Cinque paesi europei (Germania, Regno Unito, Finlandia, Francia e Svezia) appaiono nella top ten della classifica della filiera globale delle batterie agli ioni di litio del 2020 di BNEF. La Commissione europea, che ha lanciato la European Battery Alliance nell’ottobre 2017, vede il potenziale per un mercato annuale di 250 miliardi di euro entro il 2025. Si stima che solo per soddisfare la domanda dell’UE siano necessari da dieci a venti impianti di produzione di batterie su larga scala gigafactory.

Il produttore svedese di batterie Northvolt ha raccolto 3 miliardi di euro per lo sviluppo di due gigafattori per la produzione di celle agli ioni di litio. Northvolt Ett a Skellefteå, Svezia, che dovrebbe essere online nel 2021, avrà una capacità di produzione fino a 40GWh. Northvolt Zwei, a Salzgitter, in Germania, una joint venture con il gruppo Volkswagen, dovrebbe aprire nel 2024 e produrre più di 20GWh. Nel settembre 2020, la grande petrolifera Total e la casa automobilistica Groupe PSA (oggi Stellantis) hanno lanciato l’Automotive Cells Company, una joint venture con il sostegno finanziario di Francia e Germania con l’intenzione di costruire una gigafactory per la produzione di batterie agli ioni di litio in ogni paese.

E negli Stai Uniti?

Per ora, gli Stati Uniti sono in ritardo nella corsa globale delle batterie agli ioni di litio – arrivando al numero sei nella classifica globale di BNEF per il 2020. Solo nove delle 142 fabbriche di batterie agli ioni di litio costruite o in cantiere in tutto il mondo sono previste per gli Stati Uniti, dice SAFE.

Gli Stati Uniti non hanno una politica industriale nazionale per le batterie paragonabile a quelle della Cina o dell’UE.

Un rapporto del SAFe descrive l’America dipendente al 100% dalle importazioni per 14 dei 35 minerali considerati critici dal governo federale per la sicurezza economica e nazionale degli Stati Uniti.

In assenza di una spinta nazionale per le batterie, il settore privato sta sviluppando impianti di produzione di batterie. Il conglomerato sudcoreano SK Innovation sta costruendo fabbriche nello stato americano della Georgia che produrranno batterie per 300.000 veicoli elettrici all’anno a piena capacità.

Batterie e accumulatori per il taglio costi e l’autonomia energetica.

Le celle delle batterie agli ioni di litio non vengono usate solo nella crescente flotta globale di veicoli elettrici. Gli sviluppatori di progetti e i servizi pubblici stanno usando le batterie per fornire flessibilità alla rete e per integrare quote maggiori di energia rinnovabile. Su una scala più piccola, le imprese e i proprietari di case si stanno rivolgendo alle batterie per controllare i costi energetici. Il leader del solare residenziale statunitense Sunrun dice che il 20% dei sistemi di energia solare che installa a livello nazionale includono batterie.

Hornsdale Power Reserve dell’Australia meridionale, un impianto a batterie agli ioni di litio installato da Tesla, è il più noto della prima ondata di mega progetti di batterie. Espanso recentemente a 150MW/194MWh, il progetto guadagna entrate per il suo proprietario, la compagnia energetica francese Neoen, fornendo il controllo della frequenza e altri servizi di rete. La “grande batteria” di Tesla, come il progetto è noto, è accreditata per aver aiutato a prevenire interruzioni di rete e aver fatto risparmiare ai consumatori più di 91 milioni di euro in costi di funzionamento della rete.

Una tecnologia che rimarrà attuale?

Per ora, la maggior parte delle batterie installate nei veicoli e distribuite per sostenere le reti in tutto il mondo saranno agli ioni di litio e visti gli investimenti che si stanno facendo è probabile che questa tecnologia la manterremo per un bel po’ di tempo.

D’altro canto si stanno facendo spazio nel settore, compagnie, anche ben sponsorizzate, quali QuantumScape, che promettono batterie allo stato solido che garantiranno ricariche in 15 minuti (fino all’80% della ricarica completa).

Questa alternativa alle batterie al litio, promette diversi vantaggi tra i quali:

L’eliminazione del materiale ospite dell’anodo grafite/silicio

Incrementa la longevità delle batterie, eliminando la capacità di perdita dell’interfaccia anodica.

Il separatore a stato solido non è infiammabile e non è combustibile.

Avrebbe un costo inferiore, eliminando il materiale anodico e abbattendo i costi di produzione.

E’ anche interessante capire chi sia nel board di questa società, tutti volti noti nel panorama moderno e possiamo nominarne alcuni, tra i quali: JB Straubel, co-fondatore di Tesla, Jürgen Leohold, capo del gruppo di ricerca in Volkswagen, Frank Blome, capo del Volkswagen Battery Center of Excellence e infine Brad Buss CFO SolarCity.

Sembrerebbe dunque che i top player dell’automotive siano non solo con gli occhi puntati su questa società, ma ne hanno dentro mani e piedi. Probabilmente QuantumScape nel prossimo futuro più con i fatti che con le promesse.