Le analisi LCA fanno crescere elettriche più verdi
Un paper del Politecnico svedese Chalmers aggiorna l’analisi LCA alla fase attuale della produzione di batterie più performanti per veicoli elettrici, presentando valori che danno ragioni di sorridere agli ottimisti
Da alcuni anni si è ormai fatta strada la consapevolezza che i veicoli a zero emissioni locali non sono necessariamente sostenibili in sé, ma che sia necessario garantire che la loro produzione davvero contribuisca al raggiungimento della neutralità climatica (in Europa come noto entro il 2050).
Perché soddisfino lungo l’intera filiera gli standard ambientali dell’Unione Europea per i prossimi anni pertanto sta diventando un vero filone di ricerca e applicazione, specie per i sistemi di accumulo di energia, nel caso dei veicoli le loro batterie, la misurazione quantitativa a 360° delle loro emissioni e quindi l’integrazione di strumenti come il Life Cycle Assessment per brevità LCA nei processi di progettazione e produzione.
I ricercatori Mudit Chordia, Anders Nordelöf e Linda Ager-Wick Ellingsen hanno appena dato un ulteriore contributo alla materia con un recente paper pubblicato col titolo“Environmental life cycle implications of upscaling lithium-ion battery production” che punta ad aggiornare uno dei lavori di riferimento del settore, però pubblicato ormai nel 2010 e ad integrare i dati dello strumento Ecoinvent utilizzato per questo genere di analisi.
In particolare gli scienziati del politecnico svedese Chalmers hanno studiato e misurato le emissioni clima-alteranti della produzione su larga scala di celle cilindriche (il fattore forma preferito da Tesla) con chimica NMC-811, ad alta densità gravimetrica di energia e con catodi nichel-manganese-cobalto.
Un contributo interessante perché nel caso specifico su questa cella ad alte prestazioni la produzione del solfato di cobalto era stata poco studiata in letteratura scientifica, ma con un effetto favorevole perché questo componente si è rivelato poter contenere le emissioni mediante economie di scala e con corretto ricorso ad energia rinnovabile per la manifattura.
L’analisi LCA eseguita in Svezia ha identificato valori che diventeranno di riferimento nel calcolare, ad esempio, quando un modello elettrico raggiungerà la parità di emissioni con uno a motore termico, perché esaminando coi modelli adottati una produzione di celle con chimica di tipo NMC811 in una Gigafactory da 16 GWh di capacità produttiva annual questa permette di indicare un peso di emissioni di 102 kg CO2/kWh se prodotta in Corea del Sud ma solo 62 chili se questa sarà prodotta in Svezia, che è uno dei motivi per cui la Scandinavia già attrae produttori di celle tradizionali e nuovi arrivati.
Va notato l’aspetto che conferisce maggior attendibilità alle analisi LCA, che non si sogna di fare una scelta di alcuni aspetti singoli ma va al quadro complessivo. Come ha scritto in questo post Andrea Casas, analista presso il consorzio spagnolo CIC energiGUNE, LCA “è una metodologia che permette di identificare, valutare e quantificare in modo iterativo, gli impatti ambientali di un prodotto o processo lungo tutto il suo ciclo di vita. In altre parole, dall’approvvigionamento delle materie prime per la sua fabbricazione alla fine del suo ciclo di vita, compreso il trasporto, la fabbricazione e la distribuzione del prodotto”.
L’analisi di ciascuna delle fasi permette di individuare, da un lato, le risorse impiegate nel processo di fabbricazione del prodotto, quali acqua, energia, risorse rinnovabili e non rinnovabili; e, dall’altro, gli impatti ambientali generati in ciascuno di essi. Questa analisi aiuta ad ottenere una conoscenza esauriente delle prestazioni ambientali del prodotto o del processo . La Carbon Footprint (CF) o Water Footprint (WF) sono alcuni dei risultati che si possono ottenere da un Life Cycle Assessment.
Una LCA è composta da quattro fasi, come definito nella norma UNE-EN ISO 14040:2006. Definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione; analisi dell’inventario del ciclo di vita ; valutazione dell’impronta del ciclo di vita ; e interpretazione del ciclo di vita .
Lo scopo di queste fasi è stabilire il quadro per lo sviluppo dello studio, definire la qualità dei dati utilizzati, compilare i dati e, infine, valutare e quantificare gli impatti ambientali generati. Si precisa che per ottenere risultati attendibili, estrapolabili e comparabili, le informazioni utilizzate nell’analisi devono essere il più possibile complete e attendibili.
La ricercatrice iberica, che è anche Technical Advisor della Batteries European Partnership Association (BEPA), nel suo articolo ricorda che nella agenda strategica questa associazione valorizza metodologie di Life Cycle Assessment ambientale e sociale (LCA e S-LCA).
Strumenti che consentono di quantificare le prestazioni di sostenibilità delle batterie devono continuare quindi ad essere sviluppati da una prospettiva olistica, stabilendo azioni di ricerca e sviluppo che consentano di sviluppare fonti di dati affidabili per garantire la trasparenza e consentire il confronto dei risultati tra diversi tipi di batterie, nonché in altri sistemi di accumulo di energia .
Per raggiungere questo obiettivo, alcune delle linee guida definite dall’agenda di ricerca strategica per le batterie 2020 a breve termine (2020 – 2025) sono: lo sviluppo di etichette ecologiche per le batterie come requisito di sostenibilità; l’uso di analisi LCA nelle fasi iniziali di progettazione e l’esecuzione di LCA per batterie di nuova generazione, tra gli altri.
Si può quindi dedurre che la potenzialità di maggior interesse di questo strumento per addetti ai lavori dell’industria e della ricerca e per i regolatori è la sua applicazione come strumento decisionale, attuato fin dal processo di ideazione o progettazione di un prodotto. Questo perché consente l’individuazione di quei punti critici che, dal punto di vista ambientale dovrebbero essere modificati, migliorati o rimossi, anche prima di arrivare alla fabbricazione. Inoltre, lavorare su scenari diversi all’interno del processo di progettazione riduce i costi e garantisce il rispetto degli standard ambientali .
I risultati delle analisi LCA come nel caso dell’aggiornamento individuato dal paper di Chalmers e dei prossimi che seguiranno, contribuiscono a identificare opportunità di miglioramento, a fornire informazioni rilevanti nella pianificazione strategica di prodotti o processi, a stabilire priorità nella progettazione e/o riprogettazione e alla selezione di indicatori di prestazione ambientale, che si traducono in vantaggi competitivi a livello industriale e commerciale.
