Da decenni viviamo utilizzando in tutti i momenti della vita quotidiana batterie elettriche, nella casa, nell’industria, nei trasporti. Ma non se ne era parlato mai tanto, quanto negli ultimissimi anni.
di Alessandro Ovi
I motivi della crescente attenzione per le batterie elettriche sono due. Il primo è tecnologico, ovvero la comparsa sul mercato delle batterie a ioni di litio (o più volgarmente “al litio”), rapidamente diventate oggetto di elevati livelli di produzione industriale in Asia, negli Stati Uniti, in Europa. Le batterie al litio hanno così raggiunto il 70 per cento del mercato totale delle batterie, che comprende quelle storiche al piombo e al nichel.
Le batterie al litio sono ricaricabili e vengono comunemente impiegate nell’elettronica di consumo (laptop, telefoni cellulari). Hanno uno dei migliori rapporti peso/potenza e una lenta perdita della carica quando non sono in uso. Fino a qui niente di nuovo. La novità è che (qui sta il secondo motivo), sono recentemente risultate adatte a utenze prima mai seriamente prese in considerazione: le automobili elettriche (non per l’avviamento, ma per la trazione) e l’accumulo di energia nelle reti elettriche, nelle industria, nelle case, per riequilibrare la natura intermittente delle due più importanti energie rinnovabili, il sole e il vento.
Queste utenze hanno tratto dallo sviluppo tecnologico avviato dalle batterie al litio la spinta necessaria a risolvere problemi non semplici, diversi tra loro, ma la cui soluzione è cruciale al loro successo.
Automobili elettriche
L’inizio della grande attenzione per le batterie elettriche nell’automobile lo ha segnato Tesla Motors, fondata nel 2003 da un gruppo di ingegneri della Silicon Valley, guidati dal visionario Elon Musk, i quali volevano dimostrare che le auto elettriche potevano essere migliori delle auto a benzina da tutti i punti di vista, e non solo da quello ambientale.
È stato prima progettato un propulsore per una vettura sportiva costruita intorno a un motore AC a induzione, brevettato nel 1888 da Nikola Tesla, l’inventore che ha ispirato il nome della società. La Tesla Roadster, che è stata lanciata nel 2008, poteva accelerare da 0 a 60 mph in 3,7 secondi e raggiungere 400 km di autonomia per ogni carica della sua batteria agli ioni di litio.
Nel 2012, Tesla ha lanciato Model S, la prima berlina elettrica di lusso del mondo. Con spazio per sette passeggeri, offre il comfort e le possibilità d’impiego di una berlina familiare, con l’accelerazione di una vettura sportiva. La sua batteria è integrata nello chassis e si trova sotto l’abitacolo, con un’autonomia di 400 km per carica.
Ora, con più di 50mila veicoli sulla strada in tutto il mondo, Tesla si prepara a lanciare il modello X, un veicolo crossover che sta entrando ora in produzione. Per il momento ha surclassato il lancio di automobili elettriche di Case prestigiose, come la Leaf di Nissan e la Volt di GM.
Il successo di Tesla, molto legato al modo in cui sono state assemblate in numero molto elevato le celle al litio di Panasonic, ha suscitato una risposta immediata, ma per ora di scarso successo, in primo luogo da parte di BMW, con due modelli. La maggior parte delle Case automobilistiche della fascia alta sta studiando modelli simili.
L’importanza delle batterie al litio, è dimostrata anche dal fatto che Tesla, per ridurre i costi e assicurarsi la fornitura a livelli elevati, ha poi iniziato la costruzione di una gigafactory in Nevada, con partner strategici, tra cui Panasonic. Questa gigafactory, in fase avanzata di costruzione, faciliterà la produzione di massa di un veicolo accessibile al mercato, il Model 3. Entro il 2020, la gigafactory produrrà più celle di batterie agli ioni di litio di quante prodotte da tutto il resto del mondo nel 2013.
Tesla ha parlato di questa fabbrica per mesi, ma il suo destino dipende dal supporto che riceverà dai fornitori, che forniranno la maggior parte dei fondi e del know-how tecnico. L’accordo con Panasonic potrebbe costituire un’importante vittoria per Tesla, visto che l’azienda non dispone delle competenze necessarie a produrre diverse parti di un blocco batterie.
La gigafactory è il tentativo di abbattere il costo delle batterie, cioè la parte più costosa di un’automobile elettrica. Tesla sostiene che la nuova fabbrica ridurrà i costi del 30 per cento, sia per merito delle economie di scala, sia permettendo a molteplici fornitori di raccogliersi sotto lo stesso tetto, riducendo i costi di trasporto e imballaggio delle parti. la nuova fabbrica dovrebbe arrivare a produrre un numero di batterie sufficiente ad alimentare 500mila automobili ogni anno.
Attualmente, le batterie della Tesla coinvolgono diverse strutture, quali le fabbriche per la lavorazione di vari materiali, per il loro assemblaggio in celle individuali, per l’assemblaggio di migliaia di celle, insieme all’elettronica di controllo e ai sistemi di raffreddamento, per formare un blocco completo. Per le sue attuali vetture, Tesla acquista celle dalla Panasonic e le assembla autonomamente. Al massimo della capacità, eclisserebbe tutte le altre fabbriche di batterie agli ioni di litio al mondo messe insieme e contribuirebbe a ridurre il costo delle batterie a meno di 100 dollari per kwh di capacità, partendo da quello che gli analisti hanno stimato intorno ai 300 dollari.
Le batterie statiche per rete, industria e abitazioni.
La dimensione della gigafactory ha già suscitato perplessità. Troppo grande per il mercato dell’automobile? Così è venuto alla luce il nuovo fronte di utilizzazione delle batterie: quello che prevede di affiancare con sistemi di accumulazione statica le produzioni di energia elettrica da fonti rinnovabili intermittenti, come il sole e il vento. Nel tentativo di espandere la propria attività al di là delle vetture elettriche, pertanto, Tesla Motors venderà batterie statiche per uso residenziale, commerciale e pubblico, prodotte nella gigafactory sotto il nuovo marchio Tesla Energy.
Le batterie per automobili elettriche e quelle statiche dovrebbero avere caratteristiche diverse: essere leggere, possedere un’alta capacità, risultare rapidamente ricaricabili, quelle per automobili; possedere un’alta capacità, ma con minori limiti di peso e di rapidità di ricarica, quelle statiche. Ma la grande produzione della gigafactory ha fatto sì che, grazie alle economie di scala, la produzione delle batterie per automobili venisse estesa anche all’utilizzo statico.
Secondo molte previsioni, il mercato dei sistemi di accumulo dell’elettricità crescerà come risposta al maggiore uso di energia solare. L’ovvio problema con l’energia solare è che il sole non splende di notte. Dobbiamo quindi riuscire ad accumulare l’energia che viene prodotta di giorno per poterla utilizzare la notte. La batteria residenziale della Tesla Energy, denominata Powerwall, sarà disponibile fra qualche mese in due formati differenti: un sistema da 7 kwh che costerà 3mila dollari e uno leggermente più grande, da 10 kwh, a 3.500 dollari. La batteria più grande sarà in grado di mantenere in funzione un’abitazione per un giorno intero. Non è ancora chiaro a quanto ammonterà il costo di installazione. Tesla prevede che diverse batterie andranno a clienti commerciali che pagano un tasso variabile sull’elettricità in base al variare della domanda durante il giorno. Clienti del genere fanno già affidamento su fonti di energia accumulata per ridurre la propria bolletta durante i picchi di domanda.
Diverse società offrono oggi batterie da accompagnare ai loro pannelli solari Secondo Greentech Media Research, nonostante il numero di abitazioni che negli Stati Uniti ricavano la propria energia da pannelli solari montati sul tetto e abbinati a sistemi di stoccaggio ammonti ad appena lo 0,1 per cento, sistemi simili potrebbero arrivare a coprire il 3 per cento già nel 2018.
Nel breve periodo, l’andamento del mercato per lo stoccaggio di energia domestica dipenderà dal modo in cui gli Stati regoleranno la capacità dei residenti di acquistare e vendere elettricità. Lo scambio sul posto, attualmente disponibile in 43 Stati, permette ai clienti residenziali di vendere agli operatori l’energia prodotta in eccesso.
Allo stesso tempo la maggior parte degli operatori che acconsente allo scambio sul posto, permette anche ai clienti residenziali di acquistare e vendere elettricità a tassi che variano nel corso della giornata in base alle variazioni nella domanda. L’accumulo dell’elettricità permetterebbe di massimizzare il valore dell’elettricità che viene rivenduta agli operatori.
L’accumulo di energia domestica avrà maggior senso negli anni a venire. Stando a un recente Rapporto presentato dal Rocky Mountain Institute, un gruppo di ricerca e consulenza nel campo energetico, entro il 2030 i sistemi residenziali e commerciali per produzione e stoccaggio di energia solare offriranno un netto vantaggio in termini di costo rispetto all’energia derivata dalla rete negli Stati Uniti.
Recentemente il colosso solare degli Stati Uniti SunEdison ha annunciato di avere acquisito Solar Storage Grid, una start-up che integra gli impianti solari con batterie per l’accumulo. E SolarCity, il più grande installatore di energia solare negli Stati Uniti (chairman e co-fondatore ancora Elon Musk), ha terminato l’installazione di 430 impianti solari e di accumulo combinati nella zona di San Francisco Bay.
Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, nel frattempo, sta raccogliendo proposte per 15 milioni di dollari di progetti di ricerca volti a trovare modi più efficaci per combinare energia fotovoltaica e tecnologie di accumulazione. Uno degli obiettivi è quello di abbassare il costo di accumulazione dell’energia solare fino a 14 centesimi per kwh. L’accumulo di energia solare attualmente costa da 20 centesimi a 1 dollaro per kwh.
Mano a mano che s’installa più energia solare, il problema della intermittenza si fa più grave. Allo stesso tempo, però, la griglia di accumulo che contribuisce a compensare questo problema, diventa più economica.
Alessandro Ovi è editore e direttore di MIT Technology Review Italia
