Il costo delle batterie litio-ione è sceso del 97% dal 1991

Al Massachusetts Institute of Technology passati al setaccio i dati della storia dei costi delle celle: e i ricercatori invitano a estendere la valutazione oltre il “polo” dei $100/kWh che finora ha monopolizzato l’analisi

Se il nome di Jessika Trancik vi suona già familiare, probabilmente è perché sapete già che il suo laboratorio al MIT ha creato un utile e semplice strumento, il carbon counter, con cui gli americani possono vedere in un lampo l’impronta climatica dei principali modelli di auto e confrontarli anche dal punto di vista delle emissioni nel ciclo di vita completo.

La professoressa appartenente all’Institute for Data, Systems and Society dell’ateneo americano continua a scavare nei dati. Gli istituti di ricerca, le società di consulenza, i governi nazionali e locali hanno preso da tempo atto di quanto rapidamente stiano scendendo i costi delle celle agli ioni di litio che alimentano elettronica di consumo, sistemi di stoccaggio, veicoli elettrici.

Misurarne l’entità attuale e futura con precisione è necessario per pianificare progetti che richiedono investimenti molto rilevanti, destinati a influenzare le politiche industriali e di sostenibilità delle prossime decadi.

Per dare un contributo, all’MIT hanno deciso di compiere una esaustiva analisi degli studi che hanno messo a fuoco il fenomeno nelle ultime tre decadi, analizzando i set di dati originali e ogni volta che fosse possibile cercando di precisare il più possibile la traiettoria dei costi per come si è disegnata nel tempo.

Secondo il meta-studio realizzato dalla Professoressa Trancik e da Micah Ziegler e pubblicato in versione open source col titolo “Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline”, il costo di queste batterie è crollato del 97% da quando sono state lanciate nel 1991: un tasso di riduzione dei costi ancora più rapido di quanto molte analisi abbiano affermato.

I risultati raccolti nello studio uscito sulla rivista scientifica Energy and Environmental Science sottolineano che se appare chiaro che il declino dei costi è stato precipitoso, dal materiale è emerso “un sostanziale disaccordo su quanto rapidamente i costi di queste tecnologie siano crollate”.

Discrepanze analoghe nel settore permangono in altri aspetti fondamentali per misurare lo sviluppo delle celle che alimentano le batterie degli impianti di accumulo o dei veicoli, quali la densità di energia volumetrica o gravimetrica.

Mediante una accurata analisi dei dati, gli autori sono stati in grado di confermare che “la tecnologia delle batterie agli ioni di litio ha progredito in termini di costi a ritmi che sono comparabili con la tecnologia dell’energia solare, e nello specifico dei moduli fotovoltaici, che sono stati spesso presi come standard aureo dell’innovazione nell’energia verde”

Può apparire strano che ci siano stati disaccordo e incertezze su questo aspetto, ma le cose si chiariscono se si pensa che molti dei dati necessari ad accertare la realtà dei fatti facesse parte di informazioni commerciali tenute riservate dalle aziende. E le batterie di solito non sono vendute direttamente all’utente finale come un carburante alla pompa, ma al produttore dell’iPhone (Apple) o della Model 3 (Tesla).

In aggiunta al supportare il gradimento per le auto elettriche, il crollo dei prezzi si propone come un game changer per il diffondersi degli impianti di accumulo, determinanti per rendere più stabile reti elettriche basati sull’energia rinnovabile, così contribuendo a combattere la crisi climatica.

I risultati non si sono circoscritti a ripercorrere la storia dello sviluppo delle batterie, ma hanno mirato ad aiutare nel guidare la roadmap che c’è davanti, ha detto Ziegler, che crede di essere riuscito con la collega a dare diverse misure dei miglioramenti.

Questo perché la ricerca ha prodotto studi che fornivano diversi percorsi per arrivare a ridurre i costi della tecnologia agli ioni di litio, fornendo raccomandazioni per strade anche molto differenti l’una dall’altra.

Alcune ricerche suggerivano che i costi delle batterie agli ioni di litio non sarebbero scesi abbastanza rapidamente per renderli competitivi in certe applicazioni, mentre altri arrivano a conclusioni diverse. Così le differenze nei dati hanno avuto un impatto reale nel collocare le proprità e gli incentivi nelle politiche pubbliche a supporto.

Andando a scavare nelle fonti originali dei dati pubblicati, a volte si è scoperto che certi dati erano stati usati in studi multipli e in seguito citati come fonti separate, o che le fonti dei dati originari si erano perse per strada.

Se la maggior parte degli studi si sono concentrati solo sul costo, Ziegler ritiene sia ormai chiaro che una analisi così mono-dimensionale possa aver finito per sottostimare quanto rapidamente la tecnologia sulle celle agli ioni di litio stesse progredendo.

Questo perché, oltre al costo, fattori come massa e volume sono fondamentali per due settori che sono early adopter di nuovi tipi di batterie come elettronica di consumo portable e veicoli. E quindi Trancik e Ziegler hanno aggiunto quei due parametri tra quelli fondamentali nel analizzare i progressi nel tempo.

Come ha sottolineato Ziegler: “le batterie agli ioni di litio non sono state adottate perché erano la tecnologia meno costosa del periodo: c’erano tecnologie delle batterie meno dispendiose. La tecnologia degli ioni di litio è stata adottata perché consentiva di tenere in mano prodotti di elettronica di consumo, perché consentiva di produrre attrezzi a batteria che duravano più a lungo e con più energia”.

E perché hanno consentito di dimostrare che l’idea Tesla di costruire un’auto spinta da celle cilindriche Panasonic originariamente nate per laptop ed elettronica non era bizzarra. In compenso i parametri segnalati dallo studio dell’MIT invitano a prendere cum grano salis quello che gli uffici acquisti delle case produttrici di batterie e dei gruppi auto da anni hanno reso una bussola dall’attrazione irresistibile: la soglia di costo di $100/kWh.

Tratteggiate in blu le serie di prezzi rappresentative delle celle cilindriche e in arancione le serie che racchiude i prezzi di tutti i tipi di celle (credito immagine M. S. Ziegler and J. E. Trancik, Energy Environ. Sci., 2021, Advance Article)

I dollari per kWh sarebbero solo parte della storia, suggerisce lo studio, se contemporaneamente i valori di densità di energia gravimetrica e volumetrica non fossero a loro volta aumentati in direzione inversa a quella del costo delle batterie. Tra il 1992 e il 2016 i dati indicano che il prezzo delle celle è sceso del 13% l’anno, ma se si inserisce la densità di energia nel calcolo il tasso di miglioramento tecnologico accelera al 17%.

Sostiene Ziegler “guardando a metri di misura multipli, si ottiene essenzialmente un quadro più chiaro del tasso di miglioramento, e questo suggerisce che si potrebbe migliorare più rapidamente in quelle applicazioni dove le restrizioni per massa e volume sono più limitate”.

I dati pubblicati, specie se provengono da istituzioni accademiche prestigiose, tendono a finire spesso nella programmazione e nei piani collegati alle politiche energetiche ed industriali anche a lungo termine.

Ha commentato quindi la Professoressa Trancik: “molte importanti conclusioni delle politiche sul clima sono basate su questi pochi trend. Per questa ragione è importante avere quelli giusti. C’è un vero bisogno di trattare i dati con cura e migliorare l’intero modo di lavorare coi dati sulla tecnologia e tenere traccia di questi trend”.

Credito foto di apertura: ufficio stampa Opel Italia