Le batterie sono diventate un elemento fondamentale nella transizione verso un futuro più sostenibile e meno dipendente dai combustibili fossili. Con l’aumento della domanda di veicoli elettrici e sistemi di energia rinnovabile, la necessità di trovare soluzioni alternative per lo stoccaggio dell’energia è diventata sempre più pressante. Tuttavia, la crescente richiesta di batterie sta portando a una potenziale scarsità di materiali critici come il litio e il cobalto, elementi essenziali nelle batterie più diffuse attualmente sul mercato. Una possibile soluzione a questo problema potrebbe essere rappresentata dalle batterie al sodio, che utilizzano come materie prime il sale da cucina e la biomassa derivata dal settore forestale.
Un’alternativa sostenibile alle batterie al litio
I ricercatori dell’Università di Tecnologia Chalmers, in Svezia, hanno dimostrato che le batterie al sodio hanno un impatto climatico equivalente a quello delle batterie al litio, senza però il rischio di esaurire le materie prime. “I materiali che utilizzeremo nelle batterie del futuro saranno fondamentali per poter passare a energie rinnovabili e a una flotta di veicoli priva di combustibili fossili”, afferma Rickard Arvidsson, professore associato di Analisi dei Sistemi Ambientali presso Chalmers.
Secondo l’Atto sulle Materie Prime Critiche della Commissione Europea, la domanda di materiali critici per le batterie è destinata ad aumentare esponenzialmente man mano che i paesi dell’UE passano a sistemi di energia rinnovabile e veicoli elettrici. La transizione verde richiederà anche una maggiore produzione locale di batterie e altre tecnologie prive di combustibili fossili, e sarà necessario un approvvigionamento costante di materie prime per soddisfare la domanda. Allo stesso tempo, la produzione di tali materiali comporta un alto rischio di interruzioni dell’approvvigionamento, a causa del numero limitato di fonti per le materie prime.
Le batterie al sodio come tecnologia promettente
Lo sviluppo di nuove tecnologie per le batterie sta procedendo rapidamente nella ricerca della prossima generazione di sistemi di stoccaggio energetico sostenibili, che dovrebbero preferibilmente avere una lunga durata, un’elevata densità energetica e essere facili da produrre. Il team di ricerca di Chalmers ha scelto di esaminare le batterie al sodio, che contengono sodio – una sostanza molto comune presente nel cloruro di sodio – al posto del litio. In un nuovo studio, hanno effettuato una cosiddetta valutazione del ciclo di vita delle batterie, esaminando il loro impatto ambientale e sulle risorse durante l’estrazione delle materie prime e la produzione.
L’energia verde richiede lo stoccaggio dell’energia
Le batterie al sodio di oggi sono già attese per essere utilizzate per lo stoccaggio energetico stazionario nella rete elettrica, e con un ulteriore sviluppo, probabilmente saranno utilizzate anche nei veicoli elettrici in futuro. “Lo stoccaggio dell’energia è un prerequisito per l’espansione dell’energia eolica e solare. Dato che lo stoccaggio avviene prevalentemente con le batterie, la domanda è da cosa saranno fatte queste batterie? L’aumento della domanda di litio e cobalto potrebbe essere un ostacolo a questo sviluppo”, dice Rickard Arvidsson.
Il grande vantaggio della tecnologia è che i materiali nelle batterie al sodio sono abbondanti e possono essere trovati in tutto il mondo. Un elettrodo nelle batterie – il catodo – ha ioni di sodio come portatore di carica, e l’altro elettrodo – l’anodo – è composto da carbonio duro, che in uno degli esempi esaminati dai ricercatori di Chalmers può essere prodotto dalla biomassa dell’industria forestale. In termini di processi produttivi e geopolitica, le batterie al sodio sono anche un’alternativa che può accelerare la transizione verso una società priva di combustibili fossili. “Le batterie basate su materie prime abbondanti potrebbero ridurre i rischi geopolitici e le dipendenze da specifiche regioni, sia per i produttori di batterie che per i paesi”, afferma Rickard Arvidsson.
Maggiori informazioni sullo studio
Lo studio è una valutazione prospettica del ciclo di vita di due diversi tipi di celle per batterie al sodio, in cui l’impatto ambientale e sulle risorse viene calcolato dalla culla al cancello, ovvero dall’estrazione delle materie prime alla produzione di una cella per batteria. L’unità funzionale dello studio è 1 kWh di capacità teorica di stoccaggio dell’elettricità a livello di cella.
Entrambi i tipi di celle per batterie sono principalmente basati su materie prime abbondanti. L’anodo è composto da carbonio duro derivato sia da lignina bio-based sia da materie prime fossili, e il catodo è composto da cosiddetto “bianco prussiano” (costituito da sodio, ferro, carbonio e azoto). L’elettrolita contiene un sale di sodio. La produzione è modellata per corrispondere a una futura produzione su larga scala. Ad esempio, la produzione effettiva della cella per batteria si basa sulla produzione su larga scala attuale delle batterie al litio nelle gigafactory.
Sono stati testati due diversi mix di elettricità, così come due diversi tipi di cosiddetti metodi di allocazione – ovvero l’allocazione di risorse ed emissioni. Un metodo dove l’impatto climatico e sulle risorse viene distribuito tra i coprodotti in base alla massa, e un metodo dove tutto l’impatto viene allocato al prodotto principale (la batteria al sodio e i suoi componenti e materiali).
