Batteria al sale

Da quando di sente parlare di auto elettrica si è creata nell'opinione pubblica la convinzione che la tecnologia delle batterie agli ioni di litio (Li-ion) sia quella che oggi fornisce il miglior compromesso possibile tra densità di energia immagazzinabile, costi, autonomia e resistenza ai cicli di carica-scarica. La maggioranza delle persone è molto probabilmente convinta che questa sia addirittura l'unica tecnologia disponibile e che lo sarà fino a quando i ricercatori non avranno trovato qualcosa di meglio, e chissà quando ciò avverrà. In realtà l'alternatica c'è già, si chiama "batteria al sale" (convenzionalmente denominata Zebra, acronimo di Zero emission battery research activity) ed è già stata adottata da qualche costruttore di vetture elettriche, anche se gli approcci sembrano ancora piuttosto prudenti.

 

TRE AL MONDO

Attualmente le batterie al sale vengono prodotte da tra aziende al mondo: il gigante General Electric, la giapponese NGK (che però si distingue per l'ultilizzo di una tecnologia un po' diversa, quella che prevede l'uso del sodio-zolfo) e la FZ SoNick di Stabio (Svizzera), partecipata sia dall'Italiana Fiamm, nota ai più per i suoi accumulatori d'avviamento, sia dalla MES-DEA, una società fondata nel 1980 dall'imprenditore piemontese Carlo Bianco. È stato proprio quest'ultimo a rilevare, nel 1999, il brevetto di DaimlerChrysler per una batteria al cloruro di sodio-nickel (il nome FZ SoNick deriva proprio dalle inziali delle due sostanze, "So" per il sodio e "Nick" per il nickel) e a industrializzarlo. Attenzione: quando parliamo di sale, non ci riferiamo a qualche esotico e costoso composto chimico, ma al semplice cloruro di sodio, cioè il comunissimo sale da cucina.

PRO E CONTRO

Quali sono le prerogative, i vantaggi e gli svantaggi di questo tipo di batterie? Innanzitutto, come appena detto, per la loro realizzazione servono del semplice cloruro di sodio e del nickel, due sostanze che (soprattutto la prima), a differenza del litio, i cui giacimenti sono concentrati perlopiù in Bolivia e Cina, sono disponibili in abbondanza ovunque. Quindi, aspetto di estrema importanza e forse oggi un po' sottovalutato, la produzione delle Zebra non è legata alle forniture di un materiale strategico come il litio, oggetto sia delle brame dell'industria, sia dei potenziali capricci di qualche governante sudamericano o del diktat di una superpotenza. Il ciclo di funzionamento di una batteria Zebra prevede una temperatura di esercizio di circa 270 C° che deve essere sempre mantenuta il più possibile intorno a questo valore, sia durante la scarica dovuta all'utilizzo, sia durante le operazione di ricarica. Ciò è uno svantaggio, poiché comporta che una parte dell'energia prelevata dalla rete elettrica per la ricarica della batteria deve essere impiegata per il suo riscaldamento, anche se il procedimento è automatico perché vi provvede l'elettronica di controllo. Ne consegue che una Zebra non utilizzata e non ricaricata mediante la rete si esaurisce prima di una Li-ion proprio perché consuma energia per auto-riscaldarsi. Tuttavia, proprio l'elevata temperatura di esercizio rende insensibili le batterie al sale a quella esterna, che costituisce invece una limitazione delle Li-ion, il cui funzionamento risente degli elevati sbalzi termici.

MOLTO ENERGETICA

Anche il problema del surriscaldamento delle batterie (che influisce sulla sicurezza di un'auto elettrica e che per quanto riguarda le batterie Li-ion esiste anche se non se ne parla molto), per le batterie al sale è pressoché inesistente, poiché una Zebra funziona già a una temperatura ottimale elevata che non viene mai superata. In ogni caso, il suo isolamento fa si che, al tatto, l'involucro esterno d'acciaio che ospita le celle non superi i 30 C° circa. A livello di sistema (ossia, tenendo conto di tutti i componenti del pacco-batteria, elettronica compresa), l'energia specifica di una Zebra è di circa 120 Wh/kg contro gli 80-100 Wh di una batteria Li-ion, quindi a parità di peso, la prima consente un'autonomia del 10-20% superiore. La FZ SoNick dichiara che le sue batterie sopportano agevolmente anche oltre 1.500 cicli di carica-scarica (equivalenti a circa 10 anni di normale impiego), mentre quelle al litio hanno un limite intrinseco proprio nella durata, che non dipende tanto dai cicli, quanto da un tempo fisso non legato all'utilizzo. General Electric ha annunciato per la sua batteria al sale, chiamata Durathon, una durata di vent'anni.

PREZZO CONCORRENZIALE

Quanto al paragone sui costi, le batterie al litio "entry level", prodotte più che altro in Cina, hanno un prezzo industriale di circa 400 euro/kWh, quelle di qualità superiore dei produttori coreani si collocano intorno agli 800 euro/kWh e le migliori europee toccano anche i 1.200 euro kWh. Per contro, il costo di quelle al sale si aggira sui 600 euro/kWh. Un aspetto da non sottovalutare è quello dello smaltimento delle batterie a fine vita. Per quanto riguarda quelle Li-ion, di questo argomento si parla pochissimo, poiché oggi la comunicazione tende a trattare praticamente solo gli aspetti del costo d'acquisto, dell'autonomia e dei tempi di ricarica. Non sembra che lo smaltimento di queste batterie debba presentare grandi problemi, tranne per il fatto che il litio è velenoso e va trattato con una certa precauzione. In ogni caso, le batterie al litio si possono rigenerare e comunque il metallo che contengono è recuperabile e perfettamente riutilizzabile per costruire altre batterie. Ancora meno problemi dovrebbe dare lo smaltimento di quelle al sale, che è ovviamente del tutto biodegradabile, pur considerando che l'altra sostanza presente in quantità rilevanti, il nickel, è nocivo alla salute come lo è il litio, e altrettanto vale per il rame, presente però in quantità bassissime.

I COMPONENTI

Le percentuali dei materiali con cui viene realizzata una batteria Zebra, tutti facilmente riciclabili, sono comunque le seguenti:

  • Cloruro di Sodio: 32%
  • Nickel: 20%
  • Rame: 4%
  • Ferro: 22%
  • Ceramica: 20%
  • Materiali vari: 2%

SU RUOTE E SOTT'ACQUA 

Le applicazioni delle batterie Zebra sono molteplici e sono già numerose anche nel settore dell'autotrazione, sia nel mercato privato, sia nelle flotte aziendali. Ne è dotata l'utilitaria norvegese Think City, accreditatà di circa 3 mila esemplari già commercializzati, e altrettanto vale per un buon numero di furgoni Iveco Daily acquistati dallo spedizioniere Dhl per le sua attività in Germania, per un centinaio di bus ibridi dell'Atac, l'azienda di trasporto pubblico della capitale, per l'Atc di Bologna e per le similari aziende di Oslo e di altre grandi città europee. Anche anche le 100 Fiat Panda che prossimamente entreranno a far parte del car sharing milanese "e-vai" avranno batterie del tipo Zebra prodotte dalla FZ SoNick e l'azienda ha annunciato un ordine per 1.000 Citroën Berlingo, dopo le 250 già consegnate e prodotte dalla francese Venturi. Un'indubbia dimostrazione della maturità raggiunta dalle batterie al sale è l'interesse che stanno suscitando nelle applicazioni militari, un settore dove solitamente i compromessi tecnologici non sono molto graditi. I nuovissimi sottomarini nucleari britannici della classe Astute hanno a bordo batterie d'emergenza di questo tipo e sono in corso contatti per la loro adozione anche per la propulsione dei sottomarini diesel-elettrici di altre Marine, che potrebbero acquisirle al posto di quelle al piombo, più economiche, ma che offrono una densità di energia 4-5 volte inferiore e quindi un rapporto potenza/peso sfavorevole.

PICCOLO NON È BELLO

C'è da chiedersi per quale motivo, se le batterie al sale sono così promettenti anche nel campo dell'autotrazione, le case automobilistiche abbiano invece puntato su quelle al litio. Parlando con Marco Cassani, direttore vendite di FZ SoNick, abbiamo appreso che una parte della responsabilità è del fatto che i fabbricanti di batterie non hanno adoperato molto la leva del marketing. Per quanto riguarda la sua azienda, poi, Cassani sostiene che le case automobilistiche sono sempre poco propense a legarsi a fornitori di piccole dimensioni come la FZ SoNick (che ha circa 260 dipendenti e 25 milioni di euro di fatturato), soprattutto per componenti critici che rappresentano un costo rilevante rispetto a quello dell'intera vettura. Tuttavia, alcuni segnali indicano che anche le case hanno deciso di esplorare con maggiore attenzione l'alternativa del sale, che forse conoscerà presto maggiore diffusione di quanto non sia avvenuto fino a oggi. Svincolandoci, almeno in parte, dalla scomoda dipendenza dai Paesi fornitori di litio.