Il ruolo del litio

Lo stoccaggio dell’energia è fondamentale sia per un’efficace integrazione dei sistemi di energia rinnovabile con la rete elettrica, sia per accelerare l’adozione di veicoli elettrici (EV). Questo brief discute le tendenze tecnologiche nelle batterie agli ioni di litio (Li-Ion) e valuta le esigenze di stoccaggio dell'energia dei settori indiano dell'energia e dei trasporti. Esamina la distribuzione geografica del litio e del cobalto in località onshore e offshore in tutto il mondo; ed esamina la crescita delle capacità di riciclaggio delle batterie al litio e gli sforzi dei paesi per garantire la catena di approvvigionamento delle materie prime delle batterie al litio. Il rapporto stima che realizzare una trasformazione verde nei settori energetico e dei trasporti dell’India richiederà 122 kilotoni di litio, ingenti investimenti nella ricerca sulle batterie, capacità di produzione di massa, collaborazioni estere, impianti di riciclaggio per la sostenibilità ambientale e l’acquisto di risorse di litio all’estero.

Attribuzione:Vedachalam Narayanaswamy, "Il ruolo dello stoccaggio energetico basato sul litio negli obiettivi climatici dell'India", breve numero ORF n. 642, maggio 2023, Observer Research Foundation.

Gli investimenti globali nelle tecnologie energetiche pulite hanno finora raggiunto i 2,6 trilioni di dollari.[1] A seguito di numerose conferenze globali nel corso degli ultimi tre decenni, i paesi si sono imposti obblighi minimi per ridurre la propria impronta di carbonio e fornire maggiore trasparenza e responsabilità nella produzione e nell’uso dell’energia. L’India si è impegnata ad aumentare la propria capacità cumulativa di generazione di elettricità basata su combustibili non fossili al 50% entro il 2030, a ridurre l’intensità delle emissioni del 35% rispetto ai livelli del 2005 e a diventare a zero emissioni di carbonio entro il 2070.[2]

Un maggiore utilizzo delle energie rinnovabili e una transizione anticipata alla mobilità elettrica contribuiranno al raggiungimento di questi obiettivi e alla riduzione della fattura per le importazioni di idrocarburi in India. Nel prossimo decennio, si prevede che le batterie a base di litio svolgeranno un ruolo significativo nella creazione di sistemi di accumulo dell’energia (ESS) nel settore dell’energia e dei trasporti.

Questo brief discute i requisiti chiave per realizzare una transizione verde nei settori dell'energia e della mobilità dell'India. L'autore ha utilizzato il software di modellazione e simulazione India Energy Security Scenario 2047 (IESS 2047) [a] per fare previsioni.

La prima batteria commerciale agli ioni di litio (Li-Ion) è stata sviluppata nel 1985 e da allora la tecnologia ha fatto notevoli progressi. I suoi vantaggi includono una densità energetica superiore (di 75-200 Wattora per chilogrammo)[b] e una densità specifica (di 150-315 Wattora per litro), stabilità del ciclo, efficienza e affidabilità. Le tecnologie delle batterie agli ioni di litio hanno un ampio impatto sull’elettronica portatile, sulle energie rinnovabili, sulle reti elettriche intelligenti, sui trasporti elettrici, compresi i veicoli stradali e sulle navi ecologiche/ibride, oltre alle applicazioni nel settore aeronautico, spaziale e subacqueo.

Il livello di maturità dell'ESS basato sugli ioni di litio rispetto a quello di altre tecnologie è mostrato in Fig.1.[3] Le celle agli ioni di litio utilizzano ossidi metallici di transizione del litio come elettrodo catodico (negativo), grafite come elettrodo anodo (positivo) e liquidi gassati non acquosi come elettrolita. La carica e la scarica della cella avviene attraverso l'intercalazione e la deintecalazione degli ioni di litio. Durante il processo di carica, gli ioni di litio vengono trasferiti attraverso l'elettrolita dal catodo all'anodo. Le prestazioni delle celle al litio variano in modo significativo in base alla chimica dell'elettrodo utilizzato.

Fig. 1. Maturità tecnologica dei sistemi di accumulo dell'energia

L'uso di polimeri solidi come elettrolita e di carbonio litiato[c] ha notevolmente migliorato la sicurezza delle celle agli ioni di litio. Le caratteristiche principali delle tecnologie delle celle mature a base di litio sono mostrate nella Tabella 1. LFP e LTO, in particolare, riducono i costi e aumentano la sicurezza. Il costo/kWh si basa sulla stima 2022 del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti su una base di energia utilizzabile per una produzione su scala di almeno 100.000 unità/anno. La riduzione del contenuto di cobalto nella composizione dei catodi riduce i costi e aumenta la densità energetica, in combinazione con altre tecnologie anodiche. Si prevede che i prossimi catodi metallici al litio miglioreranno le prestazioni senza fare affidamento sul cobalto, in combinazione con anodi realizzati in compositi di silicio. Anche la ricerca sulle batterie al litio-aria e al litio-zolfo sta progredendo rapidamente, ma il loro livello di preparazione tecnologica è ancora lontano. Potrebbero non essere disponibili in commercio prima del 2030.[5]