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di Francesca Cibrario
Il suo uso spaventa, perché pochi ancora la conoscono. Presto però nessuno potrà farne a meno. Ma quali sono le sue colpe? Ogni giovedì su corriere.it, il confronto tra accusa e difesa. Da leggere, guardare e ascoltare in podcast. In questa sesta puntata del «Processo all’auto elettrica» andiamo al cuore del sistema, la batteria, e ne parliamo col chimico del Cnr Nicola Armaroli
In quella che assomiglia a una lotta tra tifoserie, i fan dei motori tradizionali sostengono tra l’altro che le batterie delle auto elettriche siano molto inquinanti e che, siccome sono difficili da smaltire, non ce ne libereremo mai. Tra i problemi ci sarebbe la grande quantità di materiali che contengono e i sistemi di estrazione. Cosa ce ne faremo delle batterie una volta che sarà finita la loro vita all’interno di un’automobile? È quello che indagheremo in questo podcast.
Eccoci così arrivati alla quinta accusa del nostro «Processo all’auto elettrica»: le batterie ci seppelliranno. Per la difesa, abbiamo chiamato di nuovo a testimoniare Nicola Armaroli, chimico e dirigente di ricerca del CNR, direttore della rivista Sapere e membro dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
«Innanzitutto noi parliamo sempre di “batteria” ma bisognerebbe essere più precisi e parlare invece di “pacco batteria” – premette il Professore -. È questo infatti il vero e proprio “sistema” che viene inserito nelle automobili elettriche e quasi tutte hanno batterie agli ioni di litio. Se andiamo a vivisezionare un pacco batteria, tutta la complessa discussione dell’impatto materiale si concentra quasi esclusivamente su uno solo dei suoi tanti componenti, che è il catodo. Il catodo può essere fatto di diversi materiali e qui si è giocata e si gioca la battaglia tecnologica delle industrie automobilistiche e delle loro aziende partner che fabbricano le batterie, che sono praticamente tutte collocate in Asia (cioè Cina, Giappone, Corea del Sud). I principali tipi di catodo sono Nichel-Manganese-Cobalto (il cosiddetto NMC), occupano il 60% di quota di mercato; Litio-Ferro-Fosfato (LFP): 30% del mercato e Nichel-Manganese-Alluminio ossido (NMA): 8% del mercato».
«Processo all’auto elettrica», sesta puntata: lo smaltimento delle batterie
Litio e cobalto
Tra questi elementi chimici l’unico al momento insostituibile è il litio. «Forse ancora per poco, visto che dalla Cina stanno arrivando le batterie al sodio — continua il Professore —. A destare preoccupazioni in quanto a disponibilità materiale sono solo il litio e il cobalto. Il cobalto viene progressivamente sostituito nelle batterie NMC a favore di frazioni crescenti di nichel, mentre non è presente nelle LFP. Questo materiale può garantire una densità di carica particolarmente alta e non stupisce che più della metà del cobalto estratto nel mondo vada nelle batterie di piccole dimensioni — Ad esempio, per smartphone, laptop ed elettrodomestici —. È curioso che questo fatto non venga mai adeguatamente sottolineato: forse perché lo smartphone lo abbiamo tutti e in questo caso lo sfruttamento dei lavoratori nelle miniere passa in secondo piano. Qualcuno avanza dubbi anche in merito alla disponibilità di nichel: è bene però sottolineare che la quantità di nichel oggi estratta nel mondo che va nelle batterie è meno del 10% del totale, perché la stragrande maggioranza di questo metallo viene impiegato nell’industria metallurgica. Il fosforo utilizzato nelle LFP è un elemento chiave anche per la produzione di fertilizzanti. Tuttavia non si vede all’orizzonte un rischio di conflitto tra produzione di batterie e produzione di cibo, dal momento che anche nelle proiezioni più ottimistiche le batterie LFP consumeranno meno del 10% del fosforo estratto annualmente nel mondo. Anche il materiale quasi esclusivamente utilizzato negli anodi merita attenzione: la grafite. In pratica è una forma particolarmente pura di carbonio in gran parte estratto in miniere (semplificando molto, è una forma di carbone particolarmente pura). La grafite utilizzata negli anodi è per metà naturale e per metà sintetica, praticamente tutta proveniente dalla Cina».
L’etica del consumo
In cima alle preoccupazioni c’è l’inquinamento prodotto dagli accumulatori. «Qualsiasi dispositivo che utilizziamo ha un impatto sull’ambiente — e quindi anche le batterie — e dobbiamo essere consapevoli come consumatori che la prima cosa da fare è un utilizzo ragionevole e sobrio di quello che abbiamo. Non occorre cambiare il telefono cellulare tutti gli anni, perché ogni dispositivo porta con sé un impatto di estrazione minerale e di produzione di rifiuti che non vediamo (o non vogliamo vedere) ma è consistente —. E questo vale ancora di più per i grandi accumulatori delle auto —. Una batteria però al termine della sua vita utile non è un rifiuto da scaricare e può avere una seconda vita. Una batteria per un automezzo è considerata esaurita quando si ricarica attorno al 70-80% poiché l’automobilista non è disposto a compromettere ulteriormente la percorrenza. Questo accade tipicamente dopo centinaia di migliaia di chilometri: di fatto una batteria dura, senza particolari problemi, tutta la vita dell’auto. Ma la sua vita non finisce lì. Le batterie esauste di un’auto possono lavorare diversi altri anni come stoccaggio di impianti di produzione elettrica rinnovabile intermittente o in sistemi di bilanciamento della rete o in veicoli di prestazione energetica inferiore, come carrelli elevatori nei magazzini delle aziende, per i quali un livello di ricarica del 70-80% è ancora più che valido». Per esempio, il gruppo Volkswagen è attualmente in grado di recuperare il 60% delle batterie, con l’obiettivo di arrivare a breve termine al 90%.
Il riciclo
Quando le batterie non hanno più i requisiti per alcuna applicazione vengono indirizzate verso il processo di riciclo. «Per prima cosa vengono isolate dal resto dell’auto e scaricate dalla capacità elettrica residua, che viene utilizzata per alimentare gli stessi impianti di riciclo —, spiega Armaroli—. In pratica, il processo di riciclo è in grado di reperire una parte di energia che ad esso serve: è una situazione piuttosto singolare e anche interessante. In seguito il pacco batteria viene disassemblato per recuperare i materiali più facilmente accessibili, come il liquido di raffreddamento, i componenti elettronici e anche i materiali strutturali di protezione. Talvolta questa operazione viene fatta ancora a mano. Successivamente si arriva ai moduli che contengono le singole celle che vengono “spacchettati”, e a quel punto inizia il vero e proprio processo di riciclo del cuore della batteria: le singole celle. E qui viene la parte più difficile».
Il processo nel dettaglio
Le celle delle batterie, come tutti gli altri oggetti che utilizziamo nella vita di tutti i giorni, non sono state inizialmente pensate per essere disassemblate prima e riciclate poi. «Le batterie sono state pensate per essere isolate dall’ambiente esterno il più possibile, a elevata densità di accumulo in relazione al volume, e allo stesso tempo il più possibile compatte. Tutto questo le rende degli oggetti difficili da trattare. Premesso questo, una cella viene dapprima sottoposta a un pretrattamento attraverso processi meccanici (viene triturata, poi subisce trattamenti magnetici o per flottazione per separare le parti più grossolane) termici e/o chimici. Lo scopo è quello di separare specifici componenti o eliminarne altri: per esempio, tutti i componenti del catodo e della batteria stessa sono incollati, in qualche modo, tra di loro, perché siano appunto compatti: ci sono questi materiali che si chiamano binder, che sono piuttosto fastidiosi e contaminanti durante il processo di riciclo. Spesso vengono realizzati più tipi di pretrattamento per ottimizzare questa fase iniziale del riciclo. Il prodotto finale di questi processi di pretrattamento è tipicamente un materiale granulare composito, che viene sottoposto a sua volta a due tipi di trattamento per estrarre i singoli metalli».
Le nuove tecnologie
Anche il processo che porta all’estrazione dei materiali che compongono le batterie è inquinante. Però, spiega Armaroli, si sta lavorando velocemente per minimizzare l’impatto ambientale. «A livello di estrazione del litio si sta tentando di effettuare l’estrazione diretta dalle soluzioni altamente concentrate (salamoie) senza dover ricorrere alla creazione di enormi saline che caratterizzano i paesaggi estrattivi in Sudamerica. A livello di tecnologia della batteria, l’obiettivo è aumentare la densità di energia dell’accumulatore, in modo da ridurre volumi e quantità di materiali da impiegare. Questo è possibile passando alle cosiddette batterie allo stato solido (cioè a elettrolita ceramico e non liquido, come oggi) o a batterie dove l’anodo di grafite è progressivamente sostituito dal silicio e, in futuro, forse dal litio metallico. A livello di riciclo, l’obiettivo di lungo termine è il “riciclo diretto”, cioè recuperare i singoli componenti, in particolare catodo e anodo, senza distruggerli, ma “ricostruirli”, in modo tale che questi catodi, ad esempio, che hanno una ben definita struttura a livello atomico, questa possa essere “guarita” dei difetti che ha accumulato durante l’uso, degradandosi, senza dover essere completamente distrutta».
Il passaporto delle batterie
I consumatori più attenti oggi hanno uno strumento per sapere se le batterie dei loro dispositivi, comprese le auto, sono «etiche». «A livello regolatorio vi sono iniziative come quella inclusa nella nuova EU Battery Regulation, che richiede per ogni pacco batteria un “passaporto”, in cui è inclusa una gran quantità di informazioni come la provenienza dei materiali (per eliminare l’uso di materiali ad elevato impatto ambientale e sociale), la composizione chimica (per facilitare il processo di riciclo) e il contenuto di materiali riciclati (che dovrà crescere costantemente nel tempo). Possiamo senz’altro dire che la filiera del petrolio e dell’automotive tradizionale non ha mai avuto nulla di paragonabile in termini di tracciabilità».
Occupazione e transizione
Con la diffusione delle auto elettriche su larga scala, in molti lamentano un forte impatto negativo sull’industria della componentistica. «L’Italia ha una buona industria componentistica che in parte (circa il 50% del settore) non verrà toccata dal passaggio all’elettrico elettrico —, riflette il ricercatore —: cioè chi fa ruote, volanti, cruscotti, sedili e così via non subirà alcun contraccolpo. E poi, ci sono già oggi in Italia centinaia di aziende che lavorano nel settore della mobilità elettrica. Quelli sono posti di lavoro nuovi, che sarebbe ora di cominciare a conteggiare. Va poi detto che il 60% della componentistica italiana va all’estero, dove il trend verso la mobilità elettrica è ormai inarrestabile e certamente più forte di quello che abbiamo in Italia. E quindi la domanda è: se continuiamo a fare componentistica per i motori a scoppio, a chi li venderemo, da qui a pochi anni?
Cento anni fa grandi industriali italiani non si sono messi a piangere per la scomparsa dei cavalli dalle strade o per la chiusura delle botteghe dei maniscalchi, ma hanno realizzato grandi aziende automobilistiche che sono state un vanto del nostro Paese per decenni. Dobbiamo capire che siamo in un momento di cambiamento tecnologico epocale nel settore auto e dobbiamo governarlo, non lasciarci trascinare. Non c’è spazio e non c’è alcuno scopo nel piangere su un passato che non tornerà».
La prossima puntata
Grazie al professor Nicola Armaroli per aver fatto chiarezza su un tema così delicato. Nel prossimo episodio di «Processo all’auto elettrica» parleremo di prestazioni, perché c’è chi sostiene che guidare un’auto elettrica sia noioso. Ma siamo sicuri che sia davvero così?
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