Paolo Lugiato, “vi racconto la grande sfida delle batterie”

Che tipo di batterie utilizzeremo nel 2030? Quali tecnologie emergeranno e quali sono destinate a sparire? Il Powerwall di Tesla polverizzerà la concorrenza o arriverà qualche nuovo top player, magari cinese o indiano, o addirittura italiano? Paolo Lugiato, uno degli insider del mercato energetico, ci racconta l’evoluzione del settore attraverso l’ottica di un addetto ai lavori.

«Cellulari, smart-home, veicoli a guida automatica elettrici, vestiti dotati di chip: il mercato degli oggetti a batteria è in crescita, come volume e in termini di complessità. L’unica tecnologia che ad oggi rimane la stessa sono i devices che gli alimentano: le batterie. I nostri tablet si scaricano entro le 24-36 ore. La gran parte delle auto elettrica ha un autonomia di 100-120 km. Viviamo una fase pre-moderna delle batterie», spiega Lugiato.

Oggi però ci sono segnali che sta per iniziare una rivoluzione nel settore dell’energy storage.

«Il segnale arriva sicuramente dal boom di mercato del Powerwall 1 e 2 di Tesla e dall’interesse finanziario nelle società che si occupano di batterie, Varta, LG Chem, Panasonic, Samsung, Lithium Energy Japan, tutti colossi asiatici. Le azioni di LG Chem sono ai massimi da sempre, al punto da diventare una delle cinque più grandi aziende chimiche mondiali grazie al settore delle batterie. Certo se l’obiettivo è trasformare il mondo della mobilità elettrica, delle renewables, e l’industria della consumer electronic, questi leader devono premere sull’industrializzazione delle tante tecnologie sperimentali. Durante la prima presidenza Obama il programma Arpa-e venne creato per fomentare l’innovazione nello storage, per scoprire nuove strutture chimiche, nuovi film, nuovi modelli di batteria per affrontare la transizione dell’economia low-carbon. A dieci anni di distanza in America e Asia sono nate tantissime idee. Oggi i tempi sono maturi per la loro industrializzare e accelerare così la sostituzione di petrolio, gas e carbone, raggiungendo così gli obiettivi dell’Accordo di Parigi e arrestare il cambiamento climatico. Le società del settore automotive e hi-tech stanno iniettando sempre più risorse nella ricerca avanzata e in progetti come la Formula-E, la corsa delle e-car, per sollecitare l’innovazione».

II litio rimarrà una tecnologia insostituibile? Le batterie “Li” sono diffusissime.

«Credo si debba prendere coscienza delle limitazioni delle batterie a base di litio. Per questo si sta lavorando su elementi alternativi. Come le batterie al magnesio (Mg-ion), al sodio (Na-ion), quelle litio-zolfo (Li-S) che hanno un funzionamento simile al litio ma hanno un prezzo decisamente inferiore, e poi tutte le combinazioni con l’aria. Il magnesio è un elemento abbondante sulla Terra e rappresenta circa il 2,3% della massa della crosta terrestre. Il suo costo è di circa 4 dollari al kilogrammo, approssimativamente quindici volte meno del litio».

Le batterie al magnesio sono i migliori candidati?

«Le ricerche sulle batterie al magnesio sono scarse, a causa delle difficoltà d’impiego in un accumulatore, dovuta alla scarsa mobilità dei suoi ioni. Qualora si trovi una soluzione elettromagnetica per conferire maggiore dinamicità, il magnesio sarebbe il materiale ideale, poiché abbondantissimo, leggero, stabile, atossico e, trasporta due cariche di elettroni, invece di una singola come nel litio, quindi può accumulare il doppio di energia nello stesso volume. Recentemente Toyota ha rivelato la scoperta di un sistema quasi stabile di batteria al magnesio, annunciando che “tra vent’anni il magnesio sarà il nuovo litio”. Certo non un tempo irrilevante, ma sono in ogni modo segnali promettenti».

C’è futuro invece per le batterie litio-zolfo?

«C’è molto interesse sui progetti R&D legati alle batterie litio-zolfo (Li-s), dovuto all’impiego di grafene, un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, che ha la resistenza meccanica del diamante e la flessibilità della plastica. Il grafene viene utilizzato come ponte tra le diverse componenti, realizzando un accumulatore con un elevatissima densità energetica. Lo zolfo è materiale molto economico, che possiede un’ottima tolleranza al sovraccarico, minore tossicità e peso inferiore rispetto ai tradizionali ioni di litio. Utilizzare un catodo di zolfo consente, infatti, di risolvere le problematiche connesse all’efficienza delle batterie e al degrado delle stesse. Però siamo sempre a livello sperimentale. Credo ci vorranno ancora anni prima di una produzione industriale di massa».

Quali tecnologie raggiungeranno rapidamente il mercato?

«Per il momento sono le innovazioni a base litio ad essere pronte per la mass-production. L’Istituto Nazionale del Giappone per la Scienza dei Materiali (NIMS) ha dichiarato di aver sviluppato un modello di batterie al litio con una densità superiore a qualsiasi modello disponibile sul mercato, le batterie “Li-Air”. Queste “pile” hanno una resa quindici volte superiore a quella normale grazie a dei nanotubi di carbonio.

Il futuro è emozionante. Speriamo che l’Italia investa di più in queste tecnologie, magari realizzando un polo della ricerca apposito: la chimica verde è sempre stata un vanto di questo paese. Non ha senso sprecare questo know-how».