Nobel chimica 2019: il commento di Nicola Armaroli

Il Nobel per la chimica ha premiato quest’anno una tecnologia che è letteralmente alla portata di tutti. L’Accademia di Svezia ha dato questo riconoscimento ai ricercatori che hanno sviluppato e permesso la commercializzazione delle batterie agli ioni di litio: una tecnologia pervasiva e ormai indispensabile per molti degli strumenti che usiamo ogni giorno. Abbiamo commentato questo premio con Nicola Armaroli, dirigente dell’Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività del CNR di Bologna e autore, insieme a Vincenzo Balzani, di Energia per l’astronave Terra edito da Zanichelli.

Nel 2017 è stata pubblicata la terza edizione di Energia per l’astronave Terra di Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani, già vincitore nel 2009 del premio Galileo, del premio Madesimo nel 2017 e del premio Ravani Pellati nel 2019.

Per\ la prima volta dopo molti anni, il Nobel per la chimica premia una tecnologia della vita quotidiana, la cui portata e il cui impatto sono sotto gli occhi di tutti. Non bisogna però dimenticare che, oltre al campo delle comunicazioni, le batterie al litio hanno aperto la strada a tecnologie innovative anche in altri settori, primo fra tutti quello dei trasporti con lo sviluppo di veicoli elettrici.

Perché le batterie al litio sono state così innovative?

La possibilità di usare ioni litio e ossido di cobalto in una pila ha “cambiato completamente la prospettiva”, sottolinea Armaroli: in particolare, perché il litio è il metallo più leggero che esista e i suoi piccoli ioni si possono spostare avanti e indietro nella pila. Ricordiamo infatti che il litio ha numero atomico 3 ed è, come tale, l’atomo con caratteristiche metalliche più piccolo che esista in natura.
Questo lo rende un componente eccellente delle batterie, ma allo stesso tempo rappresenta un ostacolo se si cercano soluzioni ancora più innovative: difficile immaginare un sostituto che possa svolgere le stesse funzioni con le stesse prestazioni. Una vera innovazione in questo campo, sottolinea Armaroli, richiederà lo sviluppo di batterie prive di ioni metallici, “ma qui ci avventuriamo nel campo della fantascienza”.

La disponibilità relativa di elementi chimici sulla Terra.

Prima di pensare a un modo di sostituire il litio nelle batterie, è invece importante sottolineare che il litio presente nelle batterie può (e deve) essere riciclato. Si tratta, infatti, di una tecnologia che può avere diversi cicli di vita: è quindi importante mettere in atto sistemi che permettano di trovare nuovi utilizzi alle batterie al litio quando le loro prestazioni iniziano a diminuire.

Il ciclo di vita di queste batterie varia a seconda del dispositivo su cui sono montate: per esempio, per le macchine elettriche una batteria che si ricarica solo fino all’80% è già considerata inadeguata ed è da sostituire. La stessa batteria, però, può essere destinata ad altri usi: basti pensare che l’illuminazione notturna dello stadio di Amsterdam si avvale proprio dell’energia fornita da batterie al litio recuperate da veicoli elettrici.
Il riciclo delle batterie al litio, ricorda Armaroli, si basa su una tecnologia semplice e già facilmente applicabile, ma al momento è doveroso sottolineare che è più vantaggioso, dal punto di vista economico, ottenere il litio per estrazione.

Da dove si ottiene il litio usato nelle batterie?

Le principali sorgenti di litio si trovano nei paesi nel Sud America, come Cile e Argentina, dove il litio viene estratto prevalentemente dalle saline. Di recente, però, anche l’Australia sta diventando sempre più competitiva sul mercato, grazie all’estrazione da rocce ricche di litio come le pegmatiti.

Come tutte le attività estrattive, anche nel caso del litio non si può non pensare all’impatto ambientale e socio-economico di queste attività. Da un lato, sottolinea Armaroli, è importante vigilare attentamente sulle procedure seguite nei processi estrattivi. Questo può essere fatto sia a livello legislativo ma anche a livello economico: soprattutto i paesi più sviluppati, che investono in elettronica, devono essere particolarmente esigenti in merito alla proprie filiere produttive e applicare norme restrittive sull’origine delle materie prime che impiegano per i propri prodotti.
Nonostante queste restrizioni, è però evidente che le attività estrattive hanno comunque un impatto sull’ambiente: pensare di azzerarlo è però difficile, perché sostenere le attività e le tecnologie della nostra società richiede immancabilmente di “attingere alle risorse dell’astronave Terra”, sottolinea Armaroli. Quello che si può fare è però cercare di farlo nel massimo rispetto dell’ambiente – un aspetto che deve essere regolamentato a livello legislativo – e cercare di incentivare il più possibile il riciclo e il recupero delle materie prime dai dispositivi obsoleti e non più in uso.

Su Aula di Scienze sono disponibili alcuni approfondimenti sul tema: qui potete trovare la tavola periodica con la disponibilità relativa degli elementi sulla Terra, e qui un approfondimento sugli elementi indispensabili per la tecnologia.

Batterie ricaricabili: è il momento della rivincita

Siamo abituati a pensare alle macchine elettriche come a una innovazione tecnologica degli ultimi anni, ma in realtà, ci ricorda Armaroli, quella dei veicoli a batteria è un’avventura che è iniziata più di un secolo fa. Purtroppo, lo sviluppo dei motori tradizionali e la disponibilità crescente di combustibili fossili ha decretato per molti anni la sconfitta di queste strategie energetiche alternative. Dopo molti tentativi di farle risorgere, oggi è finalmente giunto il momento di una rinascita che le vede protagoniste della fase di transizione energetica verso cui ci stiamo avviando. Sulla scia delle prime auto ibride, oggi le case automobilistiche stanno investendo sempre più in veicoli completamente elettrici, le cui prestazioni sono più che all’altezza delle esigenze della maggior parte dei consumatori (che in media non percorrono più di 40 km al giorno). A seconda della capacità della batteria, i veicoli elettrici possono garantire un’autonomia di diverse centinaia di kilometri, anche fino a 800 km per i modelli più potenti, e l’obiettivo è quello di arrivare a 1000 km di autonomia nei prossimi dieci anni.

Rispetto alle auto tradizionali, i veicoli elettrici hanno inoltre il vantaggio di non diffondere sostanze inquinanti nell’ambiente: tuttavia, per considerarle un’alternativa completamente sostenibile, è fondamentale che le batterie vengano alimentate con fonti di energia rinnovabile; altrimenti, ci ricorda Armaroli, “il rischio è quello di spostare semplicemente l’inquinamento ad un altro livello”. In definitiva, oggi esistono tutte le condizioni tecnologiche per una concreta transizione energetica, che lasci i combustibili fossili al passato e investa in fonti rinnovabili: ci sono voluti più di quarant’anni, ma oggi le batterie al litio hanno finalmente la possibilità di godersi una meritata rivincita.

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Foto Banner e Box: Wikimedia Commons

 

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