Batterie dei veicoli elettrici: controversie e soluzioni

Anatomia di una batteria EV

La maggior parte dei veicoli elettrici funziona con batterie agli ioni di litio (Li-ion), lo stesso tipo di batteria utilizzato nei computer portatili e negli smartphone. Le prestazioni delle batterie, tra cui la densità energetica (autonomia del veicolo) e la sicurezza (infiammabilità), sono determinate dalla chimica, e tutte le miscele chimiche presentano caratteristiche di prestazione diverse. Ad esempio, le batterie al litio e ossido di nichel-manganese-cobalto (NMC) hanno un'elevata densità energetica grazie al contenuto di cobalto nel catodo, che favorisce una migliore autonomia di guida.

Le batterie EV funzionano facendo circolare gli elettroni, creando una differenza di potenziale tra due elettrodi, uno negativo (l'"anodo") e uno positivo (il "catodo"). Questi sono immersi in un liquido conduttore chiamato elettrolita. Quando la batteria alimenta il veicolo, gli elettroni passano dall'anodo al catodo e viceversa quando la batteria è in carica.

Gli anodi sono solitamente costituiti da grafite, mentre l'elettrolita è un sale di litio sotto forma di liquido o gel. Il catodo è costituito da combinazioni di ossidi metallici di litio, cobalto, nichel, manganese, ferro e alluminio, e la sua composizione determina in larga misura le prestazioni della batteria.

Problematiche etiche nella catena di fornitura

Il cobalto offre ai veicoli l’autonomia e la tenuta necessarie ai consumatori. Le batterie EV costituiscono il principale motore di domanda di cobalto, con un consumo pari al 34% della capacità globale nel 2021 (secondo il Cobalt Institute). Con la crescente diffusione dei veicoli elettrici, la Commissione europea e la Global Battery Alliance prevedono un quadruplicarsi della domanda di cobalto entro il 2030.

L'approvvigionamento di cobalto è strettamente connesso alle controversie etiche legate al lavoro minorile e alla schiavitù, che è indubbiamente la questione di maggior rilievo nel panorama delle batterie per veicoli elettrici. La Repubblica Democratica del Congo produce oltre il 70% di cobalto a livello globale, con il 15-30% della capacità di produzione mineraria attribuibile all'estrazione artigianale e su piccola scala (ASM). Ciò rende la produzione di cobalto da ASM il secondo settore minerario di cobalto al mondo dopo la produzione LSM (estrazione industriale su larga scala) nella RDC. L'ASM è stata ricondotta al lavoro minorile e alla schiavitù e l'UNICEF stima che oltre 40.000 bambini lavorino attualmente nelle miniere artigianali e su piccola scala.

Con l'adozione diffusa dei veicoli elettrici, il cobalto estratto dai minatori artigianali entra a far parte della catena del valore della produzione di veicoli elettrici. È impossibile determinare quale porzione della produzione di batterie per veicoli elettrici oggi sia legata ai minatori artigianali, ma non è azzardato affermare che si tratta di un'importante e persistente controversia etica.

Da dove proviene il cobalto?

Fonte: Sondaggio geologico Stati Uniti e analisi Bernstein, 2022.

Danni ambientali derivanti dall’estrazione mineraria

Oltre alle controversie sociali, ci sono anche problemi ambientali legati all'estrazione di minerali chiave come il litio e il nichel. Secondo McKinsey & Co, il crescente utilizzo di veicoli elettrici dovrebbe aumentare la produzione di litio di circa il 20% annuo in questo decennio ed entro il 2030 i veicoli elettrici rappresenteranno il 95% della domanda di litio.

Il litio viene estratto da rocce dure o da giacimenti sotterranei di salamoia. L'estrazione da rocce dure produce 15 tonnellate di emissioni di CO² per ogni tonnellata di litio e lascia segni permanenti sul paesaggio. È stata anche collegata alla contaminazione delle acque in Tasmania, un centro minerario australiano.

L'estrazione di salamoia genera 5 tonnellate di emissioni di CO² per tonnellata di litio. Si tratta di un processo ad alta intensità idrica: l'acqua di mare e altre acque superficiali vengono mescolate con acqua dolce e tenute in bacini fino a 18 mesi, depositando minerali man mano che l’acqua evapora. Questa pratica è stata collegata alla scarsità d'acqua in Cile, dove la disponibilità idrica è scesa al 10-37% negli ultimi 30 anni e si prevede un peggioramento.

Le riserve di litio sono concentrate in America Latina e in Australia

Fonte: Sondaggio geologico Stati Uniti, MineSpans, 2022.

Il nichel è un elemento chiave utilizzato nel mix chimico delle batterie agli ioni di litio di nichel manganese cobalto (NMC) e nichel cobalto alluminio (NCA), che contengono rispettivamente il 33% e l'80% di nichel. L'estrazione del nichel ha la più alta intensità di emissioni di tutti i metalli, producendo in media 10 tonnellate di CO² per tonnellata di metallo. Questa pratica è stata anche collegata all'aumento della deforestazione e alla contaminazione dei fiumi e dei laghi in Indonesia, che possiede le maggiori riserve di nichel al mondo.

Problemi di sicurezza

Così come le batterie degli smartphone possono surriscaldarsi durante la ricarica, anche le batterie dei veicoli elettrici sono naturalmente soggette a surriscaldamento. Naturalmente, ciò comporta gravi rischi per la salute o può essere potenzialmente mortale per l’utente in caso di incendio delle batterie.

Questo problema ha determinato una serie di richiami dal mercato di prodotti di alto profilo. Ad esempio, General Motors ha richiamato 73.000 Chevrolet Bolt dopo che almeno 13 veicoli avevano preso fuoco a causa di "rari difetti di fabbricazione". Anche Hyundai ha richiamato 74.000 veicoli Kona EV dopo che 16 si erano incendiati. In entrambi i casi, le batterie sono state prodotte da LG Energy Solutions (LGES).

Tuttavia, è importante ricordare che i richiami sono irrilevanti rispetto ai milioni di unità vendute ogni anno da LGES. Inoltre, i richiami per motivi di sicurezza non sono così rari e si sono verificati per i veicoli con motore a combustione interna prima dei veicoli elettrici. Ad esempio, nel 2022 Volkswagen e Audi hanno richiamato più di 225.000 veicoli a causa di problemi di sicurezza legati a sistemi di monitoraggio della pressione di pneumatici difettosi.

Quali sono le potenziali soluzioni?

L'industria della produzione di batterie per veicoli elettrici è agli inizi ed è in continua evoluzione. Sebbene non ci sia un approccio valido per tutti, esistono diverse soluzioni potenziali per ciascuna di queste controversie. Qui ne esploriamo alcune in modo più dettagliato.

Riciclaggio

Il riciclaggio delle batterie svolgerà un ruolo fondamentale nel migliorare l'impatto etico e ambientale della catena di fornitura delle batterie EV. Si prevede che il 2030 sarà l'anno in cui vedremo un afflusso di batterie riciclate reintrodotte nella catena di fornitura, poiché le batterie prodotte tra il 2017 e il 2022 giungeranno al termine del loro ciclo di vita di 10 anni.

È difficile stimare un numero relativo alle percentuali di riciclaggio previste, poiché le regioni hanno obiettivi e regolamenti diversi. Attualmente, nell'UE, il contenuto riciclato delle batterie è solo del 12% per l'alluminio, del 22% per il cobalto, dell'8% per il manganese e del 16% per il nichel. Tuttavia, con le nuove normative dell'UE questi numeri sono destinati ad aumentare (si rinvia al seguito per maggiori informazioni). Secondo una ricerca di Goldman Sachs, entro il 2040 oltre il 50% del litio e del nichel nel mercato europeo dei veicoli elettrici proverrà da batterie riciclate.

Vale la pena di notare che i tassi di riciclaggio dipenderanno anche dalla chimica della batteria, con alcune più facili da riciclare rispetto ad altre. Inoltre, molte batterie sono state concepite senza tener conto del riciclaggio e può essere difficile pertanto estrarne le materie prime. La mancanza di norme sul riciclaggio prima del 2020 ha fatto sì che i produttori non fossero incentivati a rendere le loro batterie facilmente riciclabili.

Un paesaggio normativo in evoluzione

L'evoluzione delle normative sarà essenziale per superare i problemi sociali e ambientali. L'UE ha proposto una serie di regolamenti per incoraggiare un maggiore riciclaggio e una maggiore trasparenza ambientale. Sono previste quote per il contenuto minimo di riciclaggio delle nuove batterie: almeno il 12% del cobalto, l'85% del piombo, il 4% del litio e il 4% del nichel devono provenire da fonti riciclate.

Il regolamento prevede anche nuovi obiettivi per il recupero delle batterie usate. Per i rifiuti di batterie portatili, l'obiettivo è del 45% entro il 2023, del 63% entro il 2027 e del 73% entro il 2030, mentre per le batterie dei "mezzi di trasporto leggeri" è del 51% entro il 2028 e del 61% entro il 2031. Inoltre, i produttori di veicoli elettrici devono dichiarare l'impronta di carbonio e rispettare le soglie massime di impronta di carbonio del ciclo di vita.

Negli Stati Uniti, la legge sulla riduzione dell'inflazione da quasi 400 miliardi di dollari USA offre ai produttori di veicoli elettrici crediti d'imposta se almeno il 50% dei componenti è prodotto o assemblato sul territorio statunitense o se almeno il 40% del contenuto minerale della batteria è estratto, lavorato o riciclato negli Stati Uniti o in paesi che hanno un accordo di libero scambio con gli Stati Uniti. Ciò dovrebbe promuovere una migliore catena di approvvigionamento nazionale per le batterie EV, con una maggiore capacità di comprendere e tracciare la fonte delle materie prime, e ridurre la dipendenza da Paesi con problemi di diritti umani.

Altre tecnologie per batterie

Stanno emergendo delle chimiche alternative per le batterie, che annullano in varia misura i problemi di cui sopra. È opportuno sottolineare che non esiste ancora un'alternativa alle batterie agli ioni di litio con la stessa densità energetica, che possa essere introdotta su scala commerciale. La densità energetica determina l'autonomia dei veicoli elettrici, quindi è necessario superare questa sfida cruciale se vogliamo che le batterie alternative assumano posizioni dominanti nel mercato globale. Tuttavia, alcuni dei contendenti più promettenti sono:

Litio-ferro-fosfato (LFP)

Le batterie LFP si stanno diffondendo nei veicoli elettrici dei produttori europei. Non contengono cobalto, ma utilizzano ferro e fosfato, materiali più economici e abbondanti. Queste batterie posseggono una minore densità energetica, ma una migliore sicurezza termica rispetto alle batterie agli ioni di litio. Tesla utilizza attualmente le batterie LFP nelle sue auto standard Model 3 e Model Y, che hanno requisiti di autonomia inferiori.

Ioni di sodio (SIB)

Questa tecnologia in fase iniziale non è ancora commercializzata. Utilizza alluminio e sodio, oltre 1.000 volte più abbondante del litio. Tuttavia, le batterie SIB hanno una densità di energia/un'autonomia inferiori rispetto alle batterie agli ioni di litio e sono più pesanti, il che le rende meno adatte a causa delle loro notevoli dimensioni.

Stato solido

A un livello molto elevato, le batterie allo stato solido utilizzano un elettrolita solido in contrapposizione al gel liquido o polimerico presente nelle attuali batterie agli ioni di litio. Questo può assumere la forma di ceramica, vetro, solfiti o polimeri solidi. Queste batterie contengono cobalto, ma in quantità molto inferiori rispetto alle batterie agli ioni di litio, e offrono vantaggi in termini di densità di potenza e minor rischio di incendio. Molti produttori, tra cui Toyota, Samsung e LGES, puntano a commercializzare le batterie allo stato solido nei prossimi anni.

In conclusione

I veicoli elettrici contribuiranno senza dubbio a decarbonizzare l'economia globale e la loro adozione diffusa svolgerà un ruolo fondamentale nel conseguire l’azzeramento delle emissioni nette. Tuttavia, mentre l'industria è in continua evoluzione, permangono questioni sociali e ambientali fondamentali cui bisogna assolutamente far fronte.

Il valore degli investimenti nel fondo è destinato ad oscillare. Questo determina il movimento al rialzo o al ribasso degli investimenti e la possibilità che non si riesca a recuperare l'ammontare inizialmente investito. Le opinioni espresse nel presente documento non sono da intendersi come raccomandazioni, consigli o previsioni.