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Quando la parola “litio” emerge, la maggior parte delle persone pensa immediatamente alle batterie. Il morbido metallo alcalino è la spina dorsale della tecnologia agli ioni di litio, che alimenta smartphone, auricolari, smartwatch, veicoli elettrici e persino le comuni batterie usa e getta.
Marchi domestici come Energizer producono batterie AA che si basano in gran parte sul litio. Sebbene queste celle usa e getta vengano spesso scartate dopo un singolo utilizzo, il loro contenuto di litio viene raramente recuperato. Anche le unità ricaricabili hanno una durata di vita limitata e vengono spesso gettate via, lasciando il metallo non raffinato e di fatto sprecato.
Con miliardi di batterie scartate ogni anno, è naturale chiedersi:ci stiamo avvicinando a una carenza di litio e cosa significherebbe per il nostro mondo guidato dalla tecnologia?
Il litio è una risorsa limitata e la sua estrazione è concentrata nei paesi in via di sviluppo dove il controllo ambientale ed etico può essere limitato. Sebbene le interruzioni della catena di approvvigionamento comportino un rischio immediato maggiore rispetto a un esaurimento globale, le prospettive a lungo termine per il litio sono contrastanti. Le indagini geologiche confermano che la crosta terrestre contiene riserve significative, ma la sfida sta nell'estrarle in modo economico.
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La vulnerabilità del mercato globale del litio dipende più dai paesi produttori che dalle riserve totali. L’U.S. Geological Survey descrive le riserve mondiali di litio come “relativamente abbondanti” e i progressi nella tecnologia di estrazione aumentano continuamente la quantità di litio che può essere facilmente estratta. Le stime attuali indicano che le riserve estraibili ammontano a circa 24 milioni di tonnellate, una cifra che dovrebbe aumentare con il miglioramento dei metodi.
Nel 2024, la produzione globale ha raggiunto circa 265.000 tonnellate. Eppure solo sei paesi – Argentina, Australia, Brasile, Cile, Cina e Zimbabwe – hanno rappresentato quasi il 40% di quella produzione. Sebbene la maggior parte del litio venga estratta in queste nazioni, le aziende che raccolgono i profitti sono spesso multinazionali. Ad esempio, la LSM (La Sociedad Química y Minera) del Cile domina l’estrazione locale e detiene anche partecipazioni significative nei depositi australiani. Albemarle, con sede negli Stati Uniti, gestisce miniere negli Stati Uniti, in Cile e in Australia. Le aziende canadesi acquistano litio in Cile e le imprese cinesi investono nelle miniere australiane.
Poiché le principali aziende minerarie operano oltre confine, la catena di approvvigionamento è intrinsecamente fragile. La decisione di un singolo paese di nazionalizzare o limitare le proprie risorse di litio, ad esempio la mossa del Cile nel 2023, potrebbe avere ripercussioni sul mercato globale, destabilizzando prezzi e disponibilità.
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Se il mondo dovesse esaurire le proprie scorte di litio, il settore delle batterie si troverebbe ad affrontare un deficit catastrofico. Le celle agli ioni di litio si degradano naturalmente a causa dell'ossidazione dell'elettrolita, dei cicli di ricarica ripetuti e dell'usura meccanica, fino a raggiungere un punto in cui è necessaria la sostituzione. Il tasso di riciclaggio del litio è allarmantemente basso:solo circa il 5% del metallo viene recuperato, lasciando la maggior parte in discarica.
I produttori di veicoli elettrici risentirebbero il colpo più duramente, poiché quasi tutti i veicoli elettrici dipendono da batterie agli ioni di litio con una durata di vita limitata. Senza litio fresco per sostituire le celle esaurite, i nuovi veicoli si fermerebbero e le flotte esistenti perderebbero gradualmente la loro autonomia. Oltre ai trasporti, le batterie al litio alimentano innumerevoli dispositivi elettronici di consumo – auricolari wireless, giocattoli, utensili elettrici – e svolgono un ruolo fondamentale nello stoccaggio su scala di rete che è alla base dei sistemi di energia rinnovabile. Una carenza globale di litio creerebbe quindi una crisi energetica diffusa.
Tuttavia, l’urgenza di sostituire l’intera composizione chimica delle batterie potrebbe essere sopravvalutata. Se un nuovo materiale potesse sostituire il litio all'interno dell'architettura delle celle esistente, i produttori potrebbero continuare a produrre i progetti attuali passando a una sorgente ionica diversa.
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Gli ingegneri stanno già esplorando le batterie agli ioni di sodio come valida alternativa. Il sodio è abbondante – circa 1200 volte più abbondante del litio – e viene facilmente estratto dall’acqua di mare, dal suolo e persino dal sale da cucina. Il basso costo e l'elevata disponibilità del materiale lo rendono un candidato interessante.
Il compromesso è la prestazione. Le celle agli ioni di sodio hanno una densità energetica massima di circa 160 Wh/kg, rispetto ai 220 Wh/kg della tecnologia agli ioni di litio. Di conseguenza, un pacco di ioni di sodio dovrebbe essere più grande di circa il 30% per fornire la stessa capacità, uno svantaggio significativo per le applicazioni sensibili al peso come i veicoli elettrici. Inoltre, le celle agli ioni di sodio in genere sopportano 5.000-6.000 cicli di carica prima di degradarsi, circa la metà della durata del ciclo delle batterie agli ioni di litio, che possono raggiungere 10.000 cicli o più.
Nonostante queste limitazioni, le batterie agli ioni di sodio potrebbero comunque servire allo stoccaggio su larga scala dove il volume è meno critico. Il progetto cinese BESS, ad esempio, utilizza 40 MWh di stoccaggio agli ioni di litio, illustrando il potenziale di soluzioni su scala di rete.
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Oltre al sodio, i ricercatori stanno valutando una gamma di alternative:dalla chimica dello stato solido a concetti non convenzionali come le batterie liquide e le celle a base di acqua di mare. Le batterie liquide immaginano un futuro in cui i veicoli ricevono elettrolita fresco e precaricato, proprio come fare rifornimento per un’auto a benzina, eliminando la necessità di infrastrutture di ricarica tradizionali. Le batterie a stato solido rimuovono completamente l'elettrolito liquido, utilizzando materiali solidi come solfuri, ossidi o polimeri per condurre gli ioni. Una linea di lavoro promettente, sostenuta dal premio Nobel JohnGoodenough, propone elettroliti a base di vetro che potrebbero offrire vantaggi in termini di sicurezza e prestazioni, anche se la fattibilità commerciale rimane non dimostrata.
Sebbene i progetti a stato solido siano promettenti, nessun singolo materiale ha ancora eguagliato la combinazione del litio in termini di densità energetica, durata del ciclo e costi. Di conseguenza, i leader del settore continuano a investire massicciamente nella raffinazione degli ioni di litio mentre la ricerca parallela esplora alternative.
