Gli obiettivi di sostenibilità ambientale dell’attuale Piano Integrato per l’Energia e Clima (PNIEC) prevedono una crescente penetrazione di fonti rinnovabili nel mix di produzione dell’energia elettrica. In particolare a crescere, sia come contributo percentuale sia in termini di produzione assoluta, saranno le fonti rinnovabili non programmabili: eolico e solare. In conseguenza di tale crescita, sarà richiesta, sia alla rete di trasmissione che alla rete di distribuzione, una maggiore flessibilità, la quale potrà essere raggiunta sia attraverso interventi di ammodernamento in ottica smart grid sia attraverso lo sviluppo di importanti capacità di accumulo. Infatti, lo sviluppo di sistemi di accumulo risulta essere uno degli obiettivi del PNIEC non solo per migliorare la sicurezza delle reti di trasmissione e distribuzione, ma anche in vista di una migliore integrazione delle fonti rinnovabili nel sistema elettrico, in modo da ridurre il più possibile la sovrapproduzione.

I sistemi di accumulo elettrochimico rappresentano quindi una delle soluzioni abilitanti per una transizione sostenibile del sistema elettrico italiano. Per questo risulta fondamentale valutarne la sostenibilità in senso lato sia in termini ambientali che economici. In quest’ottica un approccio di ciclo di vita risulta essere quello più corretto da seguire per valutare gli impatti ambientali ed economici, utilizzando gli strumenti Life Cycle Assessment (LCA) e Life Cycle Costing (LCC). A tal fine, nell’annualità 2019 si è realizzata un’analisi di letteratura di studi LCA e LCC di batterie stazionarie con l’obiettivo di strutturare delle metodologie da applicare in studi di ciclo di vita che valutino gli impatti ambientali ed economici dei sistemi di accumulo stazionario.

Partendo da queste metodologie, nella presente annualità si è realizzato uno studio LCA di batterie agli ioni di litio, modellizzando tre tipologie di batterie realizzate da un produttore italiano di sistemi di accumulo stazionario (LFP, NMC 532 ed NMC 622) e confrontandole con tre batterie di letteratura (una

NMC 111 da Ellingsen et al, una NMC 221 ed una LFP da Majeau-Bettez et al), anche esse modellate in termini LCA aggiornando gli studi citati. Per quanto riguarda la costruzione delle batterie, le fasi più rilevanti da un punto di vista ambientale sono la produzione del catodo e, in seconda misura, dell’anodo. Per la maggior parte delle categorie di impatto considerate la batteria LFP presenta impatti inferiori rispetto alla NMC.

Dallo studio LCA è emerso che per tutte e tre le tipologie di batterie del produttore italiano analizzate il fabbisogno energetico necessario alla produzione delle celle rappresenta uno dei principali contributi all’indicatore Climate change. Si sottolinea quindi l’importanza di migliorare l’efficienza, in termini di consumi energetici, del processo di produzione/assemblaggio delle celle. Inoltre, la presenza di un mix energetico con un contributo importante di fonti rinnovabili può contribuire a diminuire ulteriormente l’impatto sulla categoria Climate change.

Un altro aspetto rilevato è che le differenze nel design delle celle possono portare a variazioni significative negli impatti ambientali. In particolare, il binder utilizzato influenza di molto i risultati finali. Questo aspetto è valido non solo per i componenti delle celle ma anche per tutti gli altri componenti delle batterie: la fase di inventario e la scelta dei dati rappresenta un aspetto rilevante che può influenzare fortemente i risultati finali. La possibilità di avere a disposizione dati primari per la fase di produzione delle celle, forniti da un produttore italiano, ha permesso di ottenere dei risultati più aderenti alla realtà.

L’analisi del fine vita delle batterie ha inoltre mostrato che il recupero di materiali, attraverso processi pirometallurgici o idrometallurgici, avvicina molto le prestazioni delle celle NMC a quelle delle LFP, tanto che in questo caso la chimica migliore, per kWh di capacità, risulta essere la NMC 532.

Nel 2020 è stata aggiornata la metodologia per il calcolo dell’indicatore C-LCC volto a quantificare l’uso di risorse naturali da parte di prodotti e processi nel loro ciclo di vita. L’indicatore è basato sui prezzi di mercato, una misura del livello di scarsità delle risorse.

Le batterie NMC, sono quelle contraddistinte dai valori dell’indicatore più elevati, mentre le LFP registrano valori più bassi. Il gap tuttavia si riduce sensibilmente, se si tiene conto della possibilità di recuperare parte dei materiali (su tutti il cobalto) nel fine vita. La stabilità dei risultati è stata verificata tramite un’analisi Monte Carlo.

È stato effettuato anche un raffronto con gli indicatori economici di uso delle risorse sviluppati da ReCiPe, che quantificano l’esternalità negativa dovuta al fatto che l’estrazione futura di una risorsa è resa più difficoltosa dall’estrazione attuale, ed è stata infine calcolata una versione dell’indicatore C-LCC basata esclusivamente sui materiali critici individuati dalla Commissione Europea, evidenziando le criticità delle NMC per questi aspetti.