Perché le batterie dei veicoli elettrici continuano a diventare più economiche e più pulite

Ci sono ancora molte persone nel settore automobilistico e molti politici che nutrono dubbi sul futuro dei veicoli elettrici completamente a batteria (BEV). Non sanno perché le batterie dei veicoli elettrici continuano a diventare più economiche e pulite, e non vedono perché diventeranno davvero abbondanti. L’idea è che sono troppo costosi adesso e lo saranno anche in futuro. Questi cinici spesso pensano anche che sono troppo sporchi per produrre adesso e che lo saranno in futuro, che sono troppo pesanti adesso e che saranno troppo pesanti in futuro. E, ultimo ma non meno importante, pensano che i BEV siano scarsi ora e non saranno più disponibili in futuro.

Utilizzando la legge di Wright, la legge di Moore per le batterie e i dati dello United States Geological Survey (USGS), tutte le storie spaventose che alimentano questi dubbi possono essere sfatate. Insieme, possiamo vedere che le batterie diventeranno più economiche, più pulite, più leggere e abbondanti.

La legge di Moore è una curva dei costi tecnologici

Una curva dei costi tecnologici (TCC) descrive come i costi di produzione e le capacità di una funzionalità o di un prodotto si sviluppano nel tempo. Prevede non solo la riduzione dei costi, ma anche l’aumento della capacità. La curva dei costi tecnologici più famosa è la Legge di Moore. Descrive lo sviluppo della potenza di calcolo come il dimezzamento del costo e il raddoppio del numero di transistor su un circuito integrato (IC) ogni 18 mesi. È una linea retta su scala logaritmica.

La simmetria di questo TCC è ciò che lo rende così straordinario e facile da usare. Non tutti i TCC sono così belli; quello della batteria mostra costi dimezzati ogni cinque anni e densità raddoppiata ogni 12 anni.

L’input per una curva dei costi tecnologici è il costante progresso della scienza nel tempo. Il tempo medio di trasferimento delle nuove conoscenze alla tecnologia è di circa 10 anni. Pertanto, considerando la nuova scienza applicabile in fase di scoperta, ciò rende un TCC valido per i prossimi 10 anni.

Legge di Wright e curva di apprendimento (curva di esperienza)

Altre persone usano la legge di Wright per prevedere il calo dei costi. La legge di Wright descrive una curva di esperienza a forma di S. Si afferma che per ogni raddoppio cumulativo delle unità prodotte, i costi diminuiranno di una percentuale costante. O, in altre parole, quando si avrà più esperienza nella produzione di un determinato prodotto, produrlo diventerà più veloce ed economico. All’inizio andrà veloce e poi rallenterà. A differenza della legge di Moore, questa non riguarda il tempo, ma solo le unità prodotte.

Non è importante solo il prezzo: è importante anche lo sviluppo della capacità prevista

Entrambi i tipi di leggi hanno avuto origine dall’osservazione dell’erosione dei prezzi nel tempo. Quando cercava la causalità, Wright vide una correlazione con il volume cumulativo prodotto, Moore con il tempo. Una chiave è la velocità con cui la conoscenza scientifica è progredita.

La Legge di Wright e i TCC hanno casi diversi in cui trovano la loro migliore applicazione. La legge di Wright è applicabile a prodotti più complessi. Ha avuto origine nell’industria aeronautica osservando i costi e la velocità con cui venivano fabbricati gli aerei. Si applica anche alle centrali nucleari e alle automobili. I TCC sono generalmente i migliori con parti singole, come chip, dischi rigidi e batterie.

Le curve dei costi tecnologici come la Legge di Moore esaminano più aspetti oltre al semplice prezzo. La legge di Moore descrive anche il numero di transistor e con ciò le prestazioni. Sapere quale potrebbe essere la capacità futura dei chip tra dieci anni è spesso più importante del livello dei prezzi. Queste informazioni hanno indirizzato la linea temporale per la progettazione di prodotti con tempi di sviluppo lunghi, come gli smartphone.

Per le batterie, è anche importante sapere quale capacità aspettarsi

Per le batterie e i relativi casi d’uso esistono situazioni comparabili. Per fare un esempio, la densità raddoppia ogni 12 anni e la riduzione del prezzo delle batterie dei veicoli elettrici è del 50% ogni 5 anni. Tradotto nel 2030 rispetto al 2020, potremo avere una batteria di pari peso con quasi il doppio della capacità a metà prezzo o metà del peso e la stessa capacità a un quarto del prezzo.

Queste informazioni possono guidare la pianificazione di nuovi prodotti. Sappiamo ad esempio quale densità (400 kWh/kg) è necessaria per i piccoli aerei a corto raggio. Per avere la possibilità di far volare aerei Boeing 737 o Airbus A320 utilizzando le batterie su tratte fino a 1.000 km, e successivamente 2.000 km, sono necessari molto più di 400 kWh/kg.

Oggi, le tendenze tecnologiche delle batterie rendono possibili pick-up e semitrattori a lungo raggio completamente elettrici. Nel giro di due o quattro anni, le piccole auto popolari in Europa e in Asia potranno essere dotate di batterie sufficientemente grandi a un prezzo accettabile. Trainare una roulotte o una barca quando si va in vacanza non sarà un problema per la Chevy Bolt o la Nissan LEAF di prossima generazione (o i loro sostituti).

E, cosa non prevista da queste leggi sul miglioramento tecnologico, si caricheranno più velocemente e saranno più sicure, utilizzando materie prime meno scarse come il cobalto. Questo lo sappiamo perché è ciò che stanno facendo aziende come CATL, BYD, Tesla e altri produttori di batterie.

È possibile produrre abbastanza batterie

L’aspettativa che le batterie non saranno disponibili nelle quantità necessarie all’industria è vecchia quanto la Toyota Prius. Inizialmente, la convinzione era che non ci fosse abbastanza litio estraibile disponibile anche solo per sostituire gran parte del parco auto con veicoli simili a Prius. Ora è la mancanza di miniere e di capacità di lavorazione delle materie prime a rallentare la transizione verso la guida completamente elettrica. Tuttavia, contro tutte le previsioni degli esperti del settore, l’industria è riuscita ad aumentare la produzione con la stessa rapidità con cui la domanda è aumentata. Detto questo, il momento in cui le previste carenze diventeranno un problema si avvicina. Tuttavia, se l’industria continua ad accelerare l’apertura di nuove miniere e l’aumento della capacità di lavorazione, è possibile che quel momento rimanga indefinitamente nel futuro.

Secondo l’USGS, ci sono riserve e risorse di litio sufficienti per produrre tre volte il numero di batterie necessarie per tutti i trasporti terrestri. Questo senza depositi e altre fonti di litio che non vengono prese in considerazione per vari motivi. È in arrivo un articolo separato sulla presunta carenza di litio.

Produrre batterie è più pulito di quanto pensiamo…

… a causa della domanda di energia verde, della riduzione dei costi di trasporto e delle nuove tecnologie.

Le ipotesi attorno al CO₂ l’impronta della produzione di batterie è sistematicamente troppo elevata.

Il primo malinteso di molti è che il CO₂ la produzione non fa parte del processo di produzione delle batterie come nel caso della trasformazione del minerale di ferro in ferro e acciaio.

Il secondo problema è che la stima della CO₂ la produzione dell’energia usata si basa su ciò che è comune per l’industria in generale. Tuttavia, le aziende verdi spesso richiedono prodotti verdi realizzati con energia verde e quindi producono meno CO2₂. Quando viene utilizzata solo l’energia verde proveniente dal vento, dall’acqua o dal sole, non c’è CO2₂ produzione in generale. Ad esempio, l’alluminio può provenire da un impianto che utilizza energia geotermica in Islanda. La gigafactory del Nevada utilizza solo energia idroelettrica e un po’ di energia proveniente dai pannelli solari sul tetto. CATL dispone di un impianto di batterie a emissioni zero.

Un terzo problema è che alcuni studi si basano su impianti di batterie più vecchi, più piccoli e inefficienti, stimando l’energia richiesta troppo alta.

Inoltre, i costi di trasporto sono stati notevolmente ridotti. Il business case della gigafactory Tesla del Nevada era che i materiali delle batterie viaggiavano due volte intorno al mondo prima di essere caricati su un’auto. Centralizzare la produzione e accorciare le linee di fornitura potrebbe ridurre significativamente i costi e le emissioni di CO2₂ dai trasporti. Ora assistiamo a iniziative per la lavorazione locale di tutti i materiali utilizzati nelle batterie, riducendo ulteriormente i trasporti.

E la nuova tecnologia riduce la CO₂ ancora di più le emissioni per la produzione di batterie per veicoli elettrici. Ad esempio, la tecnologia degli elettrodi secchi introdotta indipendentemente da Tesla e Fraunhofer, utilizzata da numerosi produttori di batterie, utilizza solo 1/10 dell’energia del processo che sostituisce.

Perché CO₂ la produzione non fa parte del processo di produzione stesso delle batterie, la produzione delle batterie può diventare verde al 100% nel tempo. Scommetto che l’estrazione mineraria e i trasporti saranno probabilmente le ultime fonti di CO2₂ produzione da eliminare.

ESG aiuta a ridurre le emissioni di CO2

Un ulteriore impulso viene dalla rendicontazione ESG (ambientale, sociale e di governance aziendale) che molte aziende ora fanno insieme alla loro rendicontazione finanziaria annuale. Il reporting ESG è un fenomeno nuovo e varia tra previsto e obbligatorio. Non è solo una questione di numero di donne nel consiglio di amministrazione. Si parla di lavoro minorile “artigianale” nell’industria del cobalto, il legno utilizzato per costruire edifici, e di misure per ridurre l’impronta serra. Viene spesso chiamato greenwashing, ma per questo greenwashing un’azienda deve fare qualcosa e questo aiuta a produrre prodotti più ecologici.

Il fattore umano

L’unico dubbio che rimane sul futuro dei trasporti a batterie è se le persone lo accetteranno. Troppe persone non sono disposte a dire addio al suono del loro ICE mostrando al vicinato quanto è figo l’autista? Richiederanno un cambio manuale con almeno 6 marce? Sono dipendenti dall’odore della benzina e visitano regolarmente la stazione di servizio? O forse preferiscono pagare il triplo del prezzo per chilometro/miglio per il privilegio di guidare un’auto a celle a combustibile a idrogeno?

Le persone sono volubili: spesso non è possibile prevedere cosa sceglieranno. Ma ho il sospetto che in questo caso si tratterà di una guida elettrica a batteria.

Scritto in collaborazione con Jolanda Vinkhuyzen.