Produzione delle batterie in Europa, quanto consumerà l’indipendenza?
L’Europa sta lentamente ma progressivamente tentando di rafforzare la produzione interna di batterie nel tentativo di tutelare la propria transizione e sovranità tecnologica. Ma per un settore come quello delle ricaricabili, che dipende da materie prime critiche provenienti prevalentemente da paesi terzi, l’indipendenza appare una strada in salita.
Al netto di quelli che dovrebbero essere gli effetti di rafforzamento della filiera ad opera delle nuove politiche comunitarie (es. Critical Raw Materials Act, Net-Zero Industry Act), appare opportuno chiedersi quanto potrebbe cambiare la domanda energetica comunitaria puntando su catene di approvvigionamento nazionali.
Attualmente infatti solo il 6,8% circa dell’energia necessaria alle gigafactory europee viene fornito dal sistema energetico del Vecchio Continente. La quota energetica maggiore, utilizzata per l’estrazione mineraria, la raffinazione e la produzione di celle, è richiesta invece al di fuori dell’Europa.
La sfida del fabbisogno energetico nella produzione delle batterie
Rendere più autosufficiente l’industria delle batterie UE significherà dunque essere in grado di soddisfare un fabbisogno crescente in maniera economica e affidabile e soprattutto in linea con i nuovi diktat della transizione ecologica. Per quantificare la futura domanda di energia legata alla produzione di batterie in Europa arriva in aiuto uno studio tedesco realizzato dall’Università di Münster e dal Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production.
Il gruppo di scienziati guidato dal professor Simon Lux ha analizzato il fabbisogno delle batterie a ioni litio e delle batterie a ioni sodio (potenziali concorrenti a breve termine), quantificando i consumi energetici cumulativi “cradle-to-gate” e “cradle-to-cradle” per celle prismatiche di grande formato.
Nel dettaglio il cradle-to-gate, letteralmente “dalla culla al cancello”, valuta l’intero ciclo di vita del prodotto, dall’estrazione delle materie prime (culla) fino all’uscita dalla fabbrica (cancello). L’approccio cradle-to-cradle, “dalla culla alla culla”, si spinge oltre il fine produzione e persino il fine vita, immaginando una rigenerazione/riciclo del prodotto stesso.
Il ruolo del catodo nella domanda energetica
Il lavoro si è focalizzato sul consumo energetico cumulativo di celle a ioni di litio e ioni di sodio con composizione chimica rilevante a livello commerciale o considerate promettenti.
Il primo passo è stato valutare le singole voci della domanda. In questo contesto è emerso come il principale fattore di consumo energetico per tutte le celle – ad eccezione delle litio-ferro-fosfato (LFP) con anodo in grafite – sia il catodo. Ciò è dovuto principalmente ai processi di estrazione e raffinazione del solfato di cobalto (321,4 kWh/kg) e del solfato di nichel (71,8 kWh/kg). La ricerca ha evidenziato come anche le fasi di coprecipitazione e calcinazione per produrre materiali catodici NMC (nichel-manganese-cobalto), NCA (litio-nichel-cobalto-ossido di alluminio) e NFM111 (nichel-ferro-manganese) siano altamente dispendiose in termini energetici.
Previsioni a lungo termine
Il team ha quindi elaborato delle previsioni di sviluppo della flotta di veicoli elettrici e della capacità di accumulo stazionario in Europa fino al 2070, valutando la quantità di energia necessaria ad una filiera europea indipendente.
Il risultato? I ricercatori prevedono che l’Unione Europea dovrà inevitabilmente far fronte a un aumento annuo della domanda energetica per la produzione di celle batteria, passando dagli attuali circa 3,5 TWh/anno a 250 TWh/anno nel 2050.
“Includendo la fase di utilizzo dei veicoli elettrici e degli accumuli stazionari, a partire dal 2040 saranno necessari in Europa complessivamente 450-500 TWh, compensati da un risparmio di circa 90 TWh derivante dalla riduzione dell’energia a monte da combustibili fossili”, scrivono gli scienziati.
Il tutto a patto di riuscire a sviluppare un’ampia e rodata infrastruttura di riciclaggio. Il gruppo ipotizza, in uno scenario base, una capacità di riciclo regionale di circa 800 GWh l’anno dal 2050 in poi; capacità che ridurrebbe l’energia necessaria per la produzione di batterie in Europa dal 33 al 46%.
“Sulla base di questo portafoglio ampliato, i lavori futuri potrebbero analizzare i potenziali fattori che influenzano l’intensità energetica complessiva della produzione di batterie, come delineato in questo studio”, continuano gli autori. “Questi fattori includono l’impatto delle batterie di nuova generazione e i miglioramenti nell’efficienza energetica, in particolare nelle industrie minerarie e di raffinazione. Inoltre, i costi di abbattimento associati potrebbero essere ulteriormente esaminati. Si può concludere che i responsabili politici europei devono implementare normative efficaci e di supporto che consentano alle aziende di sviluppare capacità di riciclaggio valide e sostenibili.”
Leggi lo studio “Future Energy Demand for Automotive and Stationary Lithium- and Sodium-Ion Battery Production towards a European Circular Economy”, pubblicato su Energy & Environmental Science.