di Redazione ImprontaZero®
Risulta ormai chiaro come al giorno d’oggi una transizione energetica condotta a livello globale sia necessaria e non più rimandabile. Con questa consapevolezza abbiamo chiesto alla professoressa Silvia Bodoardo, docente al Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico di Torino, a capo del gruppo di elettrochimica, di parlarci degli studi che sta compiendo insieme al suo gruppo di lavoro e di esporre il proprio punto di vista rispetto al tema della transizione energetica.
“All’interno del Politecnico di Torino ci occupiamo da anni dello sviluppo di nuovi sistemi di batterie, principalmente agli ioni di litio. Gli studi che portiamo avanti coprono l’intera catena di valore: dai materiali al testing, dall’organizzazione del pacco batteria alla gestione elettronica, dall’integrazione nel veicolo fino ad arrivare alla fase di riciclo. Nel 2022, grazie a finanziamenti derivanti da progetti europei, abbiamo acquistato una piccola linea prototipale, che intendiamo ampliare grazie ai bandi PNRR e al bando Infrastrutture. Al momento siamo l’unica università italiana ad avere una propria linea pilota. In generale, la maggior parte delle nostre risorse deriva da progetti europei competitivi: negli ultimi dieci anni ne abbiamo vinti più di quindici e undici sono attualmente in corso. L’Europa sta investendo molto nel nostro settore, concentrandosi in particolare sulla realizzazione di gigafactory, ma non trascurando la ricerca di base, con lo sguardo rivolto a un futuro che va oltre il 2030.
Sempre nell’ambito della Comunità europea, all’interno delle piattaforme Battery 2030+ e Batteries Europe mi occupo anche degli aspetti educational: nel nostro settore c’è grande bisogno di formare nuove leve, per cui con i nostri progetti ci proponiamo di coinvolgere e formare giovani in tutta Europa.
In Batteries Europe, poi, ho il ruolo di Chair nel working group Advanced materials, mentre nell’ambito di Battery 2030+ insieme al mio team abbiamo ottenuto alcuni progetti innovativi che guardano oltre il 2030, tra cui le cosiddette smart functionalities. Da un lato stiamo studiando batterie contenenti materiali in grado di autoripararsi se danneggiati durante il funzionamento, garantendo così una vita più lunga. Dall’altro lato stiamo sperimentando l’inserimento di sensori di temperatura all’interno delle singole celle. Un pacco batterie è formato dall’insieme di tante celle e tipicamente tra ogni gruppo di celle (modulo) vi è un sensore di temperatura. Nel momento in cui all’interno della batteria si determini un importante aumento di temperatura che potrebbe portare a degradare il sistema, il battery management system stacca il modulo. Al posto di inserire i sensori tra i moduli, stiamo sviluppando sensori da inserire direttamente all’interno delle celle. Ciò ci consente di determinare ogni piccolo aumento di temperatura e di monitorare anche altri importanti parametri. Il vantaggio sarebbe così duplice: il sistema diverrebbe più sicuro e noi avremmo l’opportunità di studiarlo meglio mentre è in funzione.
A settembre 2022, infine, è stato avviato il progetto GigaGreen, che coinvolge sedici partner in Europa, è coordinato dal mio gruppo di lavoro e si concentra sulla produzione sostenibile di celle agli ioni di litio. Il progetto prevede di sostituire i leganti utilizzati solitamente per realizzare gli elettrodi, che sfruttano solventi dannosi per l’ambiente, con leganti a base acquosa, che garantiranno un minor impatto ambientale e abbasseranno i costi di produzione. La realizzazione di un gemello digitale – Digital Twin – della linea pilota, inoltre, aiuterà a ridurre e ottimizzare i tempi di produzione.
GigaGreen è fortemente legato a Battery2030+ ed è importante che i due progetti proseguano insieme per dare sostenibilità allo sviluppo complessivo e per affrontare la competizione con l’Asia, il più grande produttore di batterie a livello globale.
Attualmente lo sviluppo e lo studio di tutto il settore batterie sono trainati dal mondo automotive: nel prossimo futuro sempre più automobili saranno elettriche e saranno gestite da batterie. Si tratta di un sistema complesso perché richiede batterie sottili, leggere e allo stesso tempo estremamente performanti, il che rende questo settore un’ottima palestra per gli studi e gli sviluppi futuri.
Al di là dell’automotive, poi, bisogna prendere in considerazione il mondo dello stazionario. In questo contesto le batterie giocheranno un ruolo fondamentale perché sarà sempre più necessario utilizzare fonti rinnovabili di energia, che per propria natura sono discontinue. La necessità di accumulare energia e di farlo attraverso sistemi di batterie, quindi, interessa e interesserà sempre di più gli edifici, tanto quelli abitativi quanto quelli industriali.
Per quanto riguarda questi settori l’Italia è ancora molto legata ai combustibili fossili. Finora sono mancati incentivi statali in grado di sostenere l’acquisto, per esempio, di veicoli elettrici, come invece è successo in Norvegia e Danimarca; è dunque necessario che lo Stato predisponga fondi per promuovere i sistemi di energia pulita, favorendo l’instaurarsi di un sistema virtuoso.
Anche le realtà aziendali in futuro si voteranno sempre più alle energie rinnovabili; prova ne è il fatto che le aziende nate in questi anni si stanno già dotando di pannelli fotovoltaici. I sistemi elettrici, poi, sono per propria natura molto più efficienti di quelli a combustione, per cui per le imprese passare all’elettrico vorrà dire passare a un sistema più efficiente in generale. Io stessa, con i miei collaboratori, lavoro spesso con realtà aziendali che finanziano e si interessano dei nostri studi.
Un altro settore in cui il mondo delle batterie trova applicazione è quello aerospaziale. Il grande problema da risolvere in questo caso riguarda i volumi: sono necessarie densità di energia volumiche decisamente importanti. Le dimensioni ridotte dei satelliti richiedono infatti lo sfruttamento dei pochi spazi liberi per collocarvi le batterie, quindi da tempo si stanno sperimentando sistemi ad alta densità di energia sfruttando le fasi geostazionarie. I sistemi fotovoltaici istallati sui satelliti devono essere tenuti in funzione anche in fase di buio, per cui il sistema deve funzionare continuamente e presenta una grande necessità di accumulo.
Infine, parlando di batterie non si può non menzionare il grande mondo dell’elettronica di consumo. Fino a una quindicina di anni fa nessuno avrebbe pensato che avremmo potuto avere accesso in ogni momento e da qualsiasi parte del mondo a una così estesa mole di dati utilizzando semplicemente uno smartphone. Eppure è successo, ed è stato possibile grazie allo studio e allo sviluppo delle batterie, divenute negli anni sempre più sottili ed efficienti.
Nonostante l’evidente efficacia e i molti campi di applicazione dei sistemi batterie, non mancano le critiche al settore. In questo senso, uno dei temi più controversi è quello della durata delle batterie stesse. Nonostante quanto ritenuto dai più, attualmente la vita delle batterie è abbastanza lunga; nell’ambito automotive, per esempio, la durata della batteria è garantita per circa otto o dieci anni a seconda del numero di chilometri percorsi. Non bisogna poi dimenticare la possibilità di riciclare le batterie, di dare loro nuova vita. Tante aziende riutilizzano le celle precedentemente impiegate nell’ambito automotive che hanno ancora circa l’ottanta per cento di performance. Ciò che oggi limita più di ogni altra cosa il riciclo in questo settore è il fatto che non vi sono ancora le materie prime da gestire: non abbiamo abbastanza batterie esauste. Quanti veicoli elettrici al giorno d’oggi sono stati acquistati e sono già a fine vita? Pochissimi. Nonostante ciò l’Europa conosce e pratica già molto bene il sistema virtuoso del riciclo: ci vorrà ancora qualche tempo per ottimizzare la procedura nell’ambito delle batterie al litio perché si tratta di un settore molto giovane, ma abbiamo già ottenuto buoni risultati per quanto riguarda, per esempio, quelle al piombo. Per l’implementazione e lo sviluppo di altri innovativi sistemi, dunque, è solo questione di tempo”.
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