Il calo continuo (e nascosto) dei costi delle batterie agli ioni di litio

Uno studio del MIT quantifica un drastico calo dei prezzi, simile a quelli per l'energia solare ed eolica, e dimostra che potrebbero essere possibili ulteriori forti cali

[25 Marzo 2021]

Lo studio “Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline”, pubblicato su Energy & Environmental Science da Micah Ziegler e  Jessika Trancik  dell’Institute for data, systems and society del Massachusetts Institute of Technology (MIT) smentisce le forse troppo precipitose dichiarazioni del ministro della Transizione ecologica Roberto Cingolani sulla mobilità elettrica troppo costosa e con problemi di dismissione delle batterie

Al MIT ricordano che «Il costo delle batterie agli ioni di litio ricaricabili utilizzate per telefoni, laptop e automobili è diminuito drasticamente negli ultimi tre decenni ed è stato uno dei principali motori della rapida crescita di tali tecnologie. Ma il tentativo di quantificare il calo dei costi ha prodotto risultati ambigui e contrastanti che hanno ostacolato i tentativi di proiettare il futuro della tecnologia o di ideare politiche utili e priorità di ricerca».

Il nuovo studio ripercorre oltre tre decenni, inclusa l’analisi dei dataset e dei documenti originali che li hanno prodotti, per arrivare a un quadro chiaro della traiettoria della tecnologia delle batterie agli ioni di litio ricaricabili. Un’analisi esaustiva degli studi che hanno esaminato il calo dei prezzi di queste batterie, che attualmente sono la tecnologia ricaricabile dominante.  I ricercatori hanno scoperto che «Il costo di queste batterie è diminuito del 97% da quando sono state introdotte per la prima volta in commercio nel 1991. Questo tasso di miglioramento è molto più veloce di quanto molti analisti avevano affermato ed è paragonabile a quello dei pannelli solari fotovoltaici, che alcuni avevano considerato essere un caso eccezionale».

Trancik sottolinea: «Sebbene sia chiaro che ci sono state drastiche riduzioni dei costi in alcune tecnologie energetiche pulite come il solare e l’eolico,  quando abbiamo iniziato a esaminare il calo dei prezzi per le batterie agli ioni di litio, abbiamo visto che c’era un disaccordo sostanziale quanto alla rapidità con cui i costi di queste tecnologie erano diminuiti». Disaccordi simili si sono manifestati nel tracciare altri importanti aspetti dello sviluppo delle batterie, come la densità di energia in costante miglioramento (energia immagazzinata in un dato volume) e l’energia specifica (energia immagazzinata in una data massa).

Trancik  fa notare che »Questi trend sono stati molto importanti per portarci dove siamo adesso e anche per pensare a cosa potrebbe accadere in futuro. Ad esempio, sebbene fosse risaputo che il calo dei costi delle batterie fosse un fattore abilitante della recente crescita delle vendite di veicoli elettrici, non era chiaro quanto fosse stato grande quel calo. Attraverso questa analisi dettagliata siamo stati in grado di confermare che sì, le tecnologie delle batterie agli ioni di litio sono migliorate in termini di costi, a tassi paragonabili alla tecnologia dell’energia solare, e in particolare ai moduli fotovoltaici, che vengono spesso indicati come una sorta di gold standard nell’innovazione energetica pulita».

Al MIT  dicono che può sembrare strano che ci fosse una così grande incertezza e disaccordo  – che come abbiamo visto coinvolge anche esperti e ministri – su quanto i costi delle batterie agli ioni di litio fossero diminuiti e su quali fattori lo spiegassero, ma in realtà gran parte delle informazioni sono dati aziendali riservatissimi ed ai quali è difficile accedere ai ricercatori. La maggior parte delle batterie agli ioni di litio non viene venduta direttamente ai consumatori: non si può andare in un negozio per ritirare una batteria sostitutiva per il nostro iPhone, PC o auto elettrica. Invece, i produttori acquistano batterie agli ioni di litio e le integrano nell’elettronica e nelle auto. Grandi multinazionali cme Apple o Tesla acquistano milioni di batterie, o le producono da sole, a prezzi negoziati o contabilizzati internamente ma mai divulgati pubblicamente.

Al MIT fanno presente che «Oltre a contribuire ad aumentare l’elettrificazione dei trasporti in corso, ulteriori riduzioni dei costi delle batterie agli ioni di litio potrebbero potenzialmente aumentare anche l’utilizzo delle batterie nelle applicazioni fisse, come un modo per compensare la fornitura intermittente di fonti di energia pulita come il solare e l’eolico. Entrambe le applicazioni potrebbero svolgere un ruolo significativo nel contribuire a ridurre le emissioni mondiali di gas serra climalteranti».

Trancik. Aggiunge« No sto sopravvalutando l’importanza di queste trend nell’innovazione dell’energia pulita per averci portato dove siamo adesso, dove inizia a sembrare che potremmo vedere una rapida elettrificazione dei veicoli e stiamo assistendo alla rapida crescita delle tecnologie dell’energia rinnovabile, Certo, c’è da fare molto di più per affrontare il cambiamento climatico, ma questo è stato davvero un punto di svolta».

Le nuove scoperte non servono solo a ripercorrere la storia dello sviluppo delle batterie, ma anche di aiutare a capire cosa succederà in futuro. Ziegler dice che, mettendo insieme tutta la letteratura pubblicata sull’argomento delle riduzioni dei costi nelle celle agli ioni di litio, ha trovato «Misure molto diverse di un miglioramento storico». E, attraverso una varietà di articoli diversi, i ricercatori del MIT hanno utilizzato questi trend per dare suggerimenti su come proseguire a ridurre i costi delle tecnologie agli ioni di litio e su quando i costi saranno ancora più bassi. Ma, visto che i dati variavano così tanto, le raccomandazioni che i ricercatori avevano fatto precedentemente risultavano molto diverse. Alcuni studi hanno suggerito che, per alcuni dispositivi, i costi delle e batterie agli ioni di litio non sarebbero diminuiti abbastanza, mentre altri erano molto più ottimisti.

I ricercatori del MIT hanno approfondito le fonti originali, scoprendo che alcuni dati erano stati utilizzati in più studi che poi li hanno citati come fonti separate, o che le fonti di dati originali erano andate perse lungo il percorso. E mentre la maggior parte degli studi si era concentrata solo sul costo, Ziegler afferma che «E’ diventato chiaro che un’analisi unidimensionale di questo tipo potrebbe sottostimare la rapidità con cui le tecnologie agli ioni di litio sono migliorate; oltre al costo, anche il peso e il volume sono fattori chiave sia per i veicoli che per l’elettronica portatile». Quindi, il team del MIT ha aggiunto una seconda traccia allo studio, analizzando anche i miglioramenti di questi parametri.

Ziegler spiega ancora: «Le batterie agli ioni di litio non vennero adottate perché all’epoca erano la tecnologia meno costosa. Erano disponibili tecnologie per batterie meno costose. La tecnologia agli ioni di litio è stata adottata perché consente di mettere nelle nostre mani l’elettronica portatile, perché consente di realizzare utensili elettrici che durano più a lungo e hanno più potenza, e ci permette di costruire automobili, il che può fornire un adeguato campo di pratica. Sembrava che guardare solo ai dollari per kilowattora raccontasse solo una parte della storia».

La nuova e più ampia analisi del MIT ampia aiuta a definire quel che potrebbe essere possibile in futuro. Ziegler evidenzia che «Stiamo dicendo che le tecnologie agli ioni di litio potrebbero migliorare più rapidamente per determinate applicazioni di quanto sarebbe previsto osservando solo la misura delle prestazioni. Con misurazioni multiple, si ottiene essenzialmente un’immagine più chiara del tasso di miglioramento e questo suggerisce che potrebbero migliorare più rapidamente per le applicazioni per le quali le restrizioni su massa e volume diventano minori».

Trancik conclude: «Il nuovo studio può svolgere un ruolo importante nel processo decisionale relativo all’energia.  I trend dei dati pubblicati sulle poche tecnologie pulite che hanno visto riduzioni significative dei costi nel tempo, eolico, solare e ora le batterie agli ioni di litio, tendono a essere referenziati più e più volte, e non solo nei documenti accademici ma nei documenti politici e nei rapporti dell’industria. Molte importanti conclusioni sulla politica climatica si basano su queste poche tendenze. Per questo motivo, è importante che siano corrette. C’è una reale necessità di trattare i dati con cura e di aumentare il lavoro nel trattare i dati tecnologici e tracciare i loro trend».