Una gara di potenza: le batterie statunitensi possono sfidare la Cina?

Negli ultimi due decenni, due sostanze chimiche delle batterie agli ioni di litio si sono contese il primato nel settore dell’accumulo di energia: il nichel manganese cobalto (NMC) e il litio ferro fosfato (LFP). Inizialmente, l’NMC ha conquistato la ribalta grazie alla sua superiore densità energetica, che ha permesso ai veicoli elettrici (EV) di raggiungere una maggiore autonomia. Tuttavia, negli ultimi anni, l’LFP ha guadagnato popolarità grazie al suo costo inferiore, al miglior profilo di sicurezza e alla maggiore abbondanza di materiali.

Con l’evoluzione del mercato delle batterie, la LFP è ora considerata la chimica più promettente per aumentare la produzione di veicoli elettrici e l’accumulo di energia rinnovabile. La sua ascesa è alimentata sia da miglioramenti tecnici che da motivazioni di sostenibilità, in quanto i produttori cercano di abbandonare la dipendenza da materiali eticamente e geopoliticamente complicati come il nichel e il cobalto.

Capire la composizione chimica: NMC vs. LFP

Sia le NMC che le LFP sono tipi di batterie agli ioni di litio, cioè si affidano agli ioni di litio per trasferire l’energia tra l’anodo e il catodo. Tuttavia, è la composizione del catodo a differenziarle:

Batterie NMC: Il catodo delle batterie NMC è costituito da una combinazione di nichel (Ni), manganese (Mn) e cobalto (Co). Questi materiali contribuiscono all’elevata densità energetica delle batterie NMC: il nichel è responsabile dell’aumento della capacità energetica, il cobalto stabilizza il catodo e il manganese aggiunge un livello di sicurezza. L’anodo è tipicamente costituito da grafite. La maggiore densità energetica delle NMC (circa 250-300 Wh/kg) le ha rese l’opzione preferita per i veicoli elettrici di qualità superiore che privilegiano l’autonomia.¹ Tuttavia, gli aspetti negativi includono la dipendenza da materiali con catene di approvvigionamento problematiche, in particolare il cobalto, spesso estratto in condizioni difficili e non etiche.

Batterie LFP: Le batterie LFP utilizzano invece un catodo di litio e ferro fosfato (LiFePO4), con ferro e fosfato come materiali chiave. Questi elementi non solo sono più abbondanti, ma anche più economici e sostenibili. Le batterie LFP offrono una densità energetica inferiore (160-190 Wh/kg), ma eccellono in sicurezza, longevità e costo.² Sono inoltre meno inclini al surriscaldamento e possono sopportare un numero maggiore di cicli di carica, fino a 4.000, rispetto ai 1.000-2.000 cicli tipici di NMC.³ Per molte applicazioni, in particolare nei veicoli elettrici di massa e nell’accumulo di energia stazionario, i vantaggi della LFP superano la sua minore densità energetica.

La spinta alla sostenibilità: Perché il passaggio da NMC a LFP?

Una delle ragioni più convincenti del passaggio da NMC a LFP è la sostenibilità della catena di fornitura. Le batterie NMC dipendono in larga misura dal nichel e dal cobalto, due materiali che non solo sono costosi, ma spesso provengono da regioni con notevoli problemi geopolitici ed etici. Ad esempio, oltre il 70% del cobalto mondiale viene estratto nella Repubblica Democratica del Congo, dove si verificano abusi dei diritti umani e degrado ambientale.⁴ Anche l’offerta di nichel, pur essendo più diversificata dal punto di vista geografico, si trova ad affrontare sfide dovute all’aumento della domanda globale.

Le batterie LFP, invece, utilizzano ferro e fosfato, due degli elementi più abbondanti e facilmente accessibili del pianeta. Ciò rende le batterie LFP molto più sostenibili dal punto di vista dell’approvvigionamento. Inoltre, la minore impronta ambientale delle LFP, unita al loro profilo di sicurezza superiore, le rende la chimica ideale per l’adozione su larga scala dei veicoli elettrici e dei sistemi di accumulo di energia rinnovabile.

Il dominio della Cina e l’opportunità degli Stati Uniti

Una delle maggiori sfide del mercato globale delle batterie è il dominio quasi totale della Cina nella catena di fornitura delle LFP. La Cina controlla tra il 90 e il 93% della produzione di LFP, risultato di decenni di politica industriale guidata dal governo e di massicci investimenti nella produzione di batterie.⁵ Questa posizione dominante ha permesso alle aziende cinesi di abbassare il costo delle batterie LFP e di raggiungere una produzione su scala senza precedenti, rendendo difficile la concorrenza di altri Paesi.

Tuttavia, questa dipendenza dalla produzione cinese ha sollevato preoccupazioni sulla sicurezza della catena di approvvigionamento, soprattutto alla luce delle crescenti tensioni geopolitiche. La pandemia COVID-19 ha messo ulteriormente in luce le vulnerabilità dell’affidarsi a un’unica fonte per le tecnologie critiche, poiché le interruzioni in Cina si sono ripercosse sui mercati globali.

Gli Stati Uniti si trovano ora di fronte a un’opportunità unica di costruire una catena di approvvigionamento nazionale per le batterie LFP. La recente legislazione, come l’Inflation Reduction Act e la Bipartisan Infrastructure Law, ha creato incentivi per la produzione di batterie e l’approvvigionamento di materie prime negli Stati Uniti. Con la diffusione dei veicoli elettrici e delle batterie, il riciclo sta diventando una questione cruciale, soprattutto per affrontare la sostenibilità delle catene di fornitura delle batterie. Diverse aziende sono all’avanguardia in questo settore, sia dal punto di vista del riciclo che del recupero dei materiali.

Aziende pubbliche:

• Republic Services: Republic Services, un’importante società di gestione dei rifiuti, ha ampliato i suoi sforzi nel riciclaggio delle batterie come parte delle sue iniziative più ampie sui rifiuti elettronici. Man mano che un numero sempre maggiore di batterie raggiunge la fine del loro ciclo di vita, le loro capacità di riciclo diventeranno sempre più importanti per il recupero di materiali preziosi.
• Radius Recycling: Specializzata nel riciclo dei metalli, Radius Recycling sta già trattando i componenti dei veicoli elettrici. Con l’aumento del numero di veicoli elettrici in circolazione, Radius Recycling potrebbe essere determinante nel riciclo delle batterie e nel recupero di materiali preziosi da riutilizzare.
• LKQ Corp: Con un’attenzione particolare al riciclo dei componenti automobilistici, LKQ ha ampliato le sue capacità per includere il riciclo delle batterie EV. Con l’aumento dell’adozione dei veicoli elettrici, la loro esperienza nel riciclo automobilistico potrebbe essere fondamentale per affrontare le sfide del recupero sicuro delle batterie dei veicoli elettrici.

Aziende private:

• Redwood Materials: Fondata da un ex dirigente di Tesla, Redwood Materials si concentra sullo sviluppo di tecnologie di riciclaggio avanzate per le batterie EV. Con le sue innovazioni nel recupero di materiali chiave come il litio, il nichel e il cobalto, Redwood è ben posizionata per affrontare la sostenibilità delle batterie e le speculazioni sulla sua potenziale IPO hanno generato entusiasmo nel mercato.
• Retriev Technologies: Un’altra azienda leader nel settore del riciclaggio delle batterie, Retriev Technologies, ha realizzato soluzioni per riciclare e recuperare in modo efficiente i materiali dalle batterie usate. Grazie alla continua innovazione, un’eventuale IPO potrebbe registrare una domanda significativa, data la crescente attenzione alla circolarità delle batterie.

Migliorare le prestazioni delle LFP: i prossimi passi

Sebbene la minore densità energetica delle LFP sia stata storicamente considerata uno svantaggio, i progressi tecnologici stanno contribuendo a colmare il divario di prestazioni. Uno degli sviluppi più promettenti è l’introduzione del fosfato di litio e manganese (LMFP), una variante della LFP che sostituisce parte del ferro con il manganese. Questa modifica determina una curva di tensione doppia, consentendo un miglioramento del 10-15% della densità energetica rispetto all’LFP standard, avvicinando le sue prestazioni a quelle dell’NMC e mantenendo i vantaggi di sicurezza e di costo dell’LFP.⁶

Inoltre, l’innovazione delle batterie non si limita al solo catodo. I miglioramenti nell’architettura delle celle, nella progettazione dei pacchi e nell’integrazione complessiva del sistema stanno aiutando le batterie LFP a raggiungere prestazioni comparabili a livello di sistema. Questo approccio olistico alla progettazione delle batterie è fondamentale per rendere le LFP un’opzione valida per le applicazioni più impegnative, compresi i veicoli elettrici a lunga autonomia.

Conclusioni: un punto di svolta nella tecnologia delle batterie

Mentre il mondo si avvia verso l’adozione di massa dei veicoli elettrici e delle energie rinnovabili, la scelta della chimica delle batterie diventa sempre più cruciale. La NMC è ancora in vantaggio per quanto riguarda la densità energetica, ma il costo inferiore, il profilo più sicuro e la catena di approvvigionamento sostenibile della LFP ne stanno determinando la rapida crescita. Il dominio della Cina nella produzione di LFP pone delle sfide, ma rappresenta anche un’opportunità per paesi come gli Stati Uniti di investire nella produzione nazionale e di costruire una catena di approvvigionamento più sicura e diversificata.

Con le innovazioni nel riciclo e nel recupero dei materiali portate avanti da aziende come Republic Services, Radius Recycling e LKQ Corp, insieme a pionieri privati come Redwood Materials e Retriev Technologies, il futuro delle catene di fornitura di batterie sostenibili sta iniziando a prendere forma. Se questi innovatori privati si quotano in borsa, la domanda per le loro azioni potrebbe essere spettacolare, accelerando ulteriormente la transizione verso un futuro energetico più pulito e resiliente.