Le batterie con cui si alimentano le auto elettriche possono dare luogo ad un rischio di contaminazione del suolo e dell’acqua molto elevato, nel caso in cui siano smaltite in modo improprio al termine del loro ciclo di vita. Gli alimentatori, infatti, contengono non solo materiali solitamente indicati come terre rare, ma anche sostanze chimiche eterne nel catodo e nell’elettrolita. Per cercare di eliminare questo pericolo, la soluzione potrebbe arrivare dagli Stati Uniti, ove i ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering dell’Università di Chicago stanno progettando una batteria che non utilizza queste sostanze chimiche nocive.
L’uso delle batterie agli ioni di litio è in forte crescita
Stando ad un rapporto pubblicato da Mckinsey & Company, la domanda globale di batterie agli ioni di litio dovrebbe aumentare dai 700 gigawattora segnati nel 2022 a ben 4,7 terawattora entro il 2030. Un aumento reso possibile dal fatto che l’utilizzo delle batterie non sta crescendo soltanto nei veicoli elettrici, ma anche negli elettrodomestici, nei droni, nell’accumulo di energia a livello di rete e in decine di altre applicazioni.
Il tutto senza che nessuno, sino a questo momento, si sia deciso ad affrontare un problema che potrebbe ben presto diventare evidente, ovvero l’utilizzo di sostanze chimiche nocive all’interno delle batterie stesse.
Se è ormai noto e dibattuto l’utilizzo delle cosiddette terre rare nelle batterie dei veicoli elettrici e nei motori di trazione, non altrettanto conosciuto è quello dei cosiddetti PFAS.
Acronimo inglese di “perfluorinated alkylated substances”, questi composti chimici detti “di sintesi” sono nati nel corso degli anni ’40 del passato secolo. Il loro sviluppo è stato enorme, tanto che oggi si possono contare oltre 4mila sostanze appartenenti a questa famiglia, che sono molto utilizzate all’interno dei processi industriali. Si tratta in pratica di sostanze in grado di resistere ai maggiori processi naturali di degradazione. Caratteristica resa possibile dalla presenza di legami molto forti tra atomi di fluoro e carbonio.
Sono indicate anche come “sostanza chimiche eterne”
Per capirne la pervasiva presenza, occorre ricordare che possiamo rinvenirle nei nostri vestiti, nelle padelle antiaderenti che usiamo in cucina e in molti altri oggetti di uso comune, come precisato dal National Resources Defense Council. Ad amplificarne i pericoli il fatto che non si decompongono nell’ambiente e possono persino infiltrarsi nei corpi umani attraverso cibo e acqua. Una caratteristica per cui sono indicate alla stregua di “sostanze chimiche eterne”.
Per bypassare il problema derivante dalla loro presenza all’interno delle batterie destinate ad alimentare le auto elettriche, ora i ricercatori dell’Università di Chicago stanno progettando batterie EV di nuova generazione che non si basano sui PFAS.
Una differenza notevole con le attuali batterie agli ioni di litio, in cui sia il catodo che l’elettrolita li contengono, delegando loro il compito di contribuire a mantenere unita la struttura interna della batteria.
L’assunto da cui muove la ricerca è, secondo i ricercatori statunitensi, che la presenza di PFAS nel catodo e nell’elettrolita non rappresenta un requisito fondamentale. E, a conferma della loro affermazione, sostengono di avere una soluzione alternativa in grado di non influire sulle prestazioni.
In cosa consiste la nuova soluzione dei ricercatori di Chicago
A rendere chiari gli intenti della ricerca in atto, è Chibueze Amanchukwu, professore alla UChicago Pritzker School of Molecular Engineering, in un post pubblicato online. Queste le parole al riguardo: “Stiamo chiedendo di più alle nostre batterie. Vogliamo prestazioni a bassa temperatura. Vogliamo prestazioni ad alta temperatura. Vogliamo una ricarica rapida. Vogliamo batterie al litio metallico. Queste sono le cose che chiediamo come consumatori”.
Per poi aggiungere: “Quello che la letteratura scientifica sta facendo ora è dire: ‘Oh, aggiungiamo più componenti fluorurati nell’elettrolita’. Quasi tutti questi saranno considerati PFAS”.
La soluzione individuata al fine di riuscire a risolvere il problema rappresentato dalla loro presenza, si sostanzia sotto forma di uno speciale “solvente non fluorurato” privo di PFAS per l’elettrolita. Se da solo non risolve il problema, inizia però ad affrontare la sfida rappresentata dalla volontà di dimostrare che il materiale sarà comunque in grado di eguagliare o migliorare le prestazioni di una tipica batteria EV.
Le celle prive di PFAS hanno una maggiore densità
Nel corso dei lavori, i ricercatori interessati hanno scoperto che le celle prive di PFAS hanno dimostrato un migliore accoppiamento ionico. Cosa vuol dire? Semplicemente che sono più dense di energia. Presentano una maggiore resistenza alle temperature estreme, con un ciclo apparentemente stabile da 60 gradi Fahrenheit a -40 gradi. E, ancora, evidenziano anche una migliore ritenzione della capacità: non solo la batteria durerà più a lungo, ma continuerà anche a funzionare a un livello elevato nel lungo periodo.
Naturalmente, il lavoro è soltanto nella sua fase iniziale. Le batterie prive di PFAS sono in pratica nella fase di sperimentazione in laboratorio. Quindi molto lontane da una eventuale entrata nella fase di produzione. Lo scopo cui risponde lo studio è però quello di riuscire a dimostrare che le preoccupazioni ambientali per le batterie EV possono essere affrontate direttamente nella fase di progettazione.
Entro la fine del decennio ci sarà un momento molto critico, per l’ambiente
A questo riguardo, occorre sottolineare che entro la fine del decennio milioni di batterie per EV entreranno nella fase di fine vita, di riciclo e seconda vita. Un momento in cui i pericoli per l’ambiente diventeranno enormi, in quanto queste fasi lo potrebbero contaminare in maniera deleteria. Soprattutto nel caso in cui i processi non siano gestiti in maniera corretta.
In effetti, i PFAS sono stati additati dall’Environmental Protection Agency, l’agenzia che si occupa di protezione dell’ambiente negli Stati Uniti. Il motivo è da ricercare nel fatto che sono collegati a gravi rischi per la salute, a partire dagli effetti sullo sviluppo nei bambini e sull’apparato riproduttivo nelle donne.
A rendere ancora più problematico questo snodo temporale è il fatto che l’industria automobilistica ha adottato un approccio che non prevede eccessiva attenzione a questi aspetti. Riuscire ad anticipare la concorrenza sul mercato è un obbligo per i giganti tecnologici della Silicon Valley. E se questo comporta potenziali danni per l’ambiente, a partire da quelli collegati all’utilizzo delle batterie per le auto elettriche, saranno le istituzioni scientifiche e politiche ad incaricarsi di fronteggiare i pericoli. Proprio per questo motivo una ricerca come quella in atto sulle batterie senza PFAS è da considerare estremamente importante.
