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lunedì, Febbraio 26, 2024

Batterie più sostenibili? La promessa della tecnologia agli ioni di alluminio

Uno studio pubblicato su Nature parte dalle prestazioni ambientali delle batterie agli ioni di litio per indirizzare lo sviluppo tecnologico sull’accumulo di energia verso obiettivi di sostenibilità

Nicoletta Fascetti Leon
Nicoletta Fascetti Leon
Giornalista pubblicista, allevata nella carta stampata. Formata in comunicazione alla Sapienza, in giornalismo alla Scuola Lelio Basso, in diritti umani all’E.ma (European Master’s Programme in Human Rights and Democratisation) di Venezia. Ha lavorato a Ginevra e New York nella delegazione UE alle Nazioni Unite. Vive a Roma e da nove anni si occupa di comunicazione ambientale e progetti di sostenibilità

La transizione ecologica sarà accompagnata dall’innovazione tecnologica. Se questo assioma è vero, certamente riguarderà un punto centrale e controverso del cambiamento in corso che riguarda l’accumulo di energia. In parole povere parliamo di batterie. Specialmente quelle legate al nostro modo di muoverci, che già oggi è attraversato dalle prime novità. Tra monopattini, bici, scooter, auto e addirittura barche, il mondo dei trasporti del futuro non potrà che essere elettrico, tenuto conto anche dello stop del Parlamento europeo alla vendita di motori termici alimentati a benzina e diesel dal 2035. Sarà una vera rivoluzione, se pensiamo a quanto è stato dominante il motore a scoppio e i suoi derivati nello sviluppo umano.

Una rivoluzione a metà

Tuttavia, almeno per ora, si tratta di una rivoluzione a metà. Se il trasporto elettrico, infatti, riduce l’inquinamento locale abbattendo le emissioni di gas serra, non si può dire lo stesso del suo intero ciclo di vita che, specie in merito alla produzione e smaltimento delle batterie, implica l’uso di terre rare come litio e cobalto e può significare il rilascio di sostanze pericolose nell’ambiente. E proprio su questo punto si cimenta la ricerca pubblicata di recente dalla rivista scientifica Nature dal titolo “Advancing battery design based on environmental impacts using an aqueous Al-ion cell as a case study”.

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AI-ion vs Li-ion: di che parliamo?

Si tratta di uno studio sperimentale che riguarda una batteria acquosa agli ioni di alluminio (AI-ion) nel suo primo sviluppo. L’autrice dell’Università britannica del Southampton, Nicole Melzack, concentra la propria ricerca sull’impatto ambientale della produzione e dell’utilizzo delle batterie come metrica per lo sviluppo del loro design, tramite l’analisi del ciclo di vita, test di laboratorio e l’uso di grandi strutture come la Diamond Light Source per studi di diffrazione. Il suo lavoro, dunque, parte dall’assunto che la ricerca tecnologica sulle batterie debba contribuire a promuovere uno sviluppo sostenibile.

Al centro della ricerca la mitigazione dei cambiamenti climatici

L’attuale mercato delle batterie è dominato dalla tecnologia agli ioni di litio (Li-ion). Molte tecnologie “concorrenti” basano i propri obiettivi sulla competizione con il mercato attuale, principalmente in termini di capacità, durata del ciclo e temperature di utilizzo della batteria. La ricercatrice britannica, invece, si propone di partire dagli impatti ambientali come mezzo per fissare gli obiettivi di prestazione della tecnologia oggetto della sua ricerca. Usare questo approccio nella fase di primo sviluppo della batteria acquosa agli ioni di alluminio significa avere lo spazio per indirizzare tale tecnologia verso obiettivi di sostenibilità. A partire dalle valutazioni dell’impatto ambientale delle batterie agli ioni di litio, infatti, è possibile ricavare la densità di energia, la durata del ciclo e gli obiettivi di percentuale di materiale attivo necessari per ottenere impatti ambientali uguali o migliori nell’uso delle nuove tecnologie emergenti.

“Questo metodo – spiega la ricercatrice – è basato sul motivo principale del progresso tecnologico delle batterie: la mitigazione dei cambiamenti climatici e la riduzione delle emissioni complessive di CO2 nella società”.

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Si parte dall’LCA

Sono stati condotti molti studi sull’impatto ambientale delle tecnologie per le batterie, comprese le batterie agli ioni di litio, agli ioni di sodio e agli ioni di alluminio. Anche altri dispositivi di accumulo di energia, come condensatori e supercondensatori, sono stati oggetto di valutazione di impatto.

La ricerca britannica propone l’uso delle informazioni LCA esistenti sulla tecnologia di accumulo di energia consolidata (condensatori e batterie agli ioni di litio) per derivare obiettivi di prestazione per le future tecnologie. Più precisamente utilizzando l’esempio della batteria acquosa agli ioni di alluminio, gli obiettivi di prestazione sono derivati ​​sulla base della categoria di impatto che individua il potenziale di riscaldamento globale (GWP) delle batterie agli ioni di litio.

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Risultati promettenti

Senza entrare troppo nei dati tecnici, i risultati sottolineano il potenziale promettente della tecnologia AI-ion, attraverso il tracciamento di una curva che descrive lo spazio in cui il suo design è competitivo dal punto di vista ambientale e prestazionale rispetto all’attuale tecnologia Li-ion e, al di sotto della curva, individua la zona di sviluppo, dove il design della batteria richiede ulteriore ricerca. Secondo lo studio, la batteria AI-ion si comporta in modo molto simile a un supercondensatore con un’elevata potenza di scarica rispetto alla sua densità di energia. L’alluminio per lo stoccaggio di energia, inoltre, è considerato intrinsecamente sostenibile: è il metallo più abbondante nella crosta terrestre ed esiste già una sua economia circolare consolidata, che comprende il suo riciclaggio e riutilizzo, specie rispetto al litio, che invece è scarso e non ha una via di riciclaggio stabilita.

Al di là dei dati raccolti su questo caso studio, l’obiettivo principale della ricerca è riportare il focus dello sviluppo tecnologico delle batterie sulla mitigazione dei cambiamenti climatici, principale motivo del successo del settore negli ultimi anni. Bisogna garantire che, oltre agli obiettivi dell’industria e le aspettative dei clienti, la sostenibilità resti il parametro chiave considerato in laboratorio per la progettazione delle nuove tecnologie.

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