La Cina potrebbe dominare le batterie al sodio, il prossimo grande progresso nel potere

A Changsha, nel cuore della Cina, migliaia di chimici, ingegneri e operai stanno plasmando il futuro delle batterie.

La Central South University della città sforna i laureati che stanno facendo progredire la tecnologia, proprio come la Stanford University ha plasmato le carriere degli imprenditori della Silicon Valley che hanno aperto la strada ai microchip. Dall’altra parte del fiume Xiang, vaste fabbriche mescolano minerali nei composti altamente lavorati che rendono possibili le batterie ricaricabili.

Queste batterie, per lo più fatte di litio, hanno alimentato l’ascesa dei cellulari e di altri dispositivi elettronici di consumo. Stanno trasformando l’industria automobilistica e presto potrebbero iniziare a fare lo stesso per i pannelli solari e le turbine eoliche, cruciali nella lotta al cambiamento climatico. La Cina domina la loro raffinazione e produzione chimica.

Ora la Cina si sta posizionando per comandare la prossima grande innovazione nelle batterie ricaricabili: sostituire il litio con il sodio, un materiale molto più economico e più abbondante.

Il sodio, che si trova in tutto il mondo come parte del sale, costa dall’1 al 3% del prezzo del litio ed è chimicamente molto simile. Recenti scoperte significano che le batterie al sodio possono ora essere ricaricate quotidianamente per anni, eliminando un vantaggio chiave delle batterie al litio. Anche la capacità energetica delle batterie al sodio è aumentata.

E le batterie al sodio hanno un grande vantaggio: mantengono quasi tutta la loro carica quando le temperature scendono molto al di sotto dello zero, cosa che le batterie al litio in genere non fanno.

A Changsha, i laureati del rigoglioso campus della Central South University stanno lavorando alla tecnologia delle batterie al sodio nei vicini laboratori di ricerca gestiti da aziende tra cui la tedesca BASF, il più grande produttore chimico del mondo. Una delle prime grandi fabbriche di prodotti chimici per batterie al sodio è già in costruzione a pochi isolati dai laboratori.

I dirigenti cinesi delle batterie hanno affermato nelle interviste di aver capito nell’ultimo anno come rendere le celle delle batterie al sodio così simili a quelle al litio da poter essere realizzate con la stessa attrezzatura. Il colosso cinese CATL, il più grande produttore mondiale di batterie per auto elettriche, afferma di aver scoperto un modo per utilizzare celle al sodio e celle al litio in un unico pacco batterie per auto elettriche, combinando il basso costo e la resistenza agli agenti atmosferici delle celle al sodio con la gamma estesa di batterie al litio cellule. La società afferma di essere ora pronta a produrre in serie questi pacchi batteria misti.

“Siamo pronti a industrializzarlo”, ha dichiarato Huang Qisen, vice preside dell’istituto di ricerca di CATL, in un’intervista presso la sede dell’azienda a Ningde, in Cina. CATL, che è l’abbreviazione di Contemporary Amperex Technology Ltd., fa affidamento in parte sui prodotti chimici di Changsha e ha recentemente costruito la sua prima linea di assemblaggio di batterie al sodio su larga scala a Ningde.

Le multinazionali stanno prendendo atto del sodio.

“Ridurrà il picco della domanda di litio”, ha affermato Mike Henry, amministratore delegato di BHP, la più grande compagnia mineraria del mondo. “Sono fiducioso che inizieremo a vedere il sodio sostituire il litio per determinate applicazioni”.

La ricerca sull’uso del sodio per le batterie è iniziata seriamente negli anni ’70, guidata allora dagli Stati Uniti. I ricercatori giapponesi hanno compiuto progressi cruciali una dozzina di anni fa. Da allora le aziende cinesi hanno assunto un ruolo guida nella commercializzazione della tecnologia.

Su 20 fabbriche di batterie al sodio ora pianificate o già in costruzione in tutto il mondo, 16 sono in Cina, secondo Benchmark Minerals, una società di consulenza. Tra due anni, la Cina avrà quasi il 95% della capacità mondiale di produrre batterie al sodio. La produzione di batterie al litio ridurrà ancora la produzione di batterie al sodio a quel punto, prevede Benchmark, ma i progressi nel sodio stanno accelerando.

Al salone dell’auto di Shanghai della prossima settimana, le case automobilistiche e i produttori di batterie dovrebbero annunciare piani per batterie al sodio in almeno alcune auto subcompatte a gamma limitata per il mercato cinese.

L’utilizzo più immediatamente promettente delle batterie al sodio è per le reti elettriche, le reti di cavi e torri che trasmettono elettricità. Le batterie per le reti sono un mercato in rapida crescita, soprattutto in Cina. Tesla ha dichiarato questa settimana che costruirà una fabbrica a Shanghai per produrre batterie al litio per i fornitori di energia.

Le batterie al sodio devono essere più grandi di quelle al litio per mantenere la stessa carica elettrica. Questo è un problema per le auto, che hanno uno spazio limitato, ma non per lo stoccaggio della rete elettrica. Le utility che passano dal litio al sodio possono semplicemente mettere il doppio delle batterie grandi in un lotto vuoto vicino a pannelli solari o turbine eoliche.

Le utility di tutto il mondo hanno un crescente appetito per enormi quantità di accumulo di batterie mentre si spostano verso fonti rispettose del clima come il solare e l’eolico. Devono essere in grado di immagazzinare energia mentre il sole splende e soffia il vento, per poi utilizzarla successivamente in sostituzione dell’elettricità alimentata a carbone oa gas.

L’elettricità in una grande provincia cinese, lo Shandong, si vende già fino a 20 volte di più in prima serata, quando la domanda è alta, rispetto a mezzogiorno, quando la rete è inondata di più energia solare di quanto le fabbriche e le case abbiano bisogno. Le società di generazione di energia utilizzano batterie al litio per distribuire la loro elettricità rinnovabile in più ore.

Ma alcune utility, come la Three Gorges Corporation nella Cina centro-occidentale, stanno iniziando a sperimentare le batterie al sodio. Molte province hanno iniziato a richiedere alle centrali solari o eoliche di nuova costruzione di installare batterie sufficienti per immagazzinare dal 10 al 20 percento dell’elettricità che generano, ha affermato Frank Haugwitz, un consulente specializzato nell’industria solare cinese.

CATL ha installato batterie al litio delle dimensioni di minivan nelle stazioni di ricarica per auto elettriche in città come Fuzhou. Le batterie si caricano automaticamente ogni volta che l’elettricità costa poco, come durante la notte o quando il sole splende sui pannelli solari sul tetto della stazione di ricarica, e sono pronte ogni volta che gli automobilisti si avvicinano per ricaricarsi. CATL sta studiando se il sodio può essere utilizzato in tali luoghi.

A differenza delle batterie al litio, le ultime batterie al sodio non richiedono materiali scarsi come il cobalto, un minerale estratto principalmente in Africa in condizioni che hanno allarmato i gruppi per i diritti umani. Inoltre, le batterie al sodio più recenti non richiedono nichel, che proviene principalmente dalle miniere in Indonesia, Russia e Filippine.

Tuttavia, mentre la Cina corre verso la leadership nel sodio, deve ancora affrontare delle sfide. Per cominciare, c’è dove trovare il sodio.

Mentre il sale è abbondante, gli Stati Uniti rappresentano oltre il 90 percento delle riserve mondiali prontamente estratte di carbonato di sodio, la principale fonte industriale di sodio. Nelle profondità del deserto del Wyoming sudoccidentale si trova un vasto deposito di carbonato di sodio, formatosi 50 milioni di anni fa. Il carbonato di sodio è stato a lungo estratto per l’industria di produzione del vetro americana.

Con riserve naturali minime di carbonato di sodio e una riluttanza a fare affidamento sulle importazioni dagli Stati Uniti, la Cina produce invece carbonato di sodio sintetico in impianti chimici alimentati a carbone.

L’industria cinese della soda sintetica ha un record di inquinamento delle acque pericoloso. Ciò include il crollo di un mucchio di scorie alcaline nella Cina centro-orientale nel 2016 che ha spazzato via le auto e ha inquinato un grande fiume. L’agenzia per l’ambiente del paese sta lavorando per ripulire l’industria.

Un’altra domanda che incombe sul sodio è se il litio rimarrà costoso. I prezzi del litio sono quadruplicati dal 2017 allo scorso novembre, ma da allora sono diminuiti di due terzi.

Ci sono anche dubbi sulla durata delle batterie al sodio. Le aziende elettriche vogliono vedere come si comportano le batterie al sodio per anni all’aperto, non solo nei laboratori, ha affermato David Fishman, consulente del settore energetico presso Lantau Group, una società di consulenza.

Ma il signor Fishman e altri stanno ora osservando da vicino lo sviluppo delle batterie al sodio. La domanda di batterie sta crescendo rapidamente ed è improbabile che il litio rimanga il materiale dominante a tempo indeterminato.

“Sì, il sodio ha un ruolo”, ha detto il signor Henry di BHP. “La Cina è in prima linea nel guidare la ricerca in questo”.

Li Tu ha contribuito alla ricerca.