Alimentare il domani

Batterie sostenibili ricavate dal legno

La lignina, contenuta naturalmente negli alberi, potrebbe garantire l’alimentazione dei veicoli elettrici.

Per funzionare, tutte le batterie hanno bisogno di un catodo e di un anodo, cioè un elettrodo positivo e negativo tra i quali far scorrere le particelle cariche (ioni). Quando una batteria viene caricata, gli ioni si trasferiscono dal catodo all’anodo. Quando si scarica, tornano al catodo dopo aver rilasciato elettroni, che si muovono attraverso i fili del circuito elettrico, trasferendo energia alla macchina che devono alimentare. Ciò che contraddistingue una buona batteria è la capacità di “accogliere” gli ioni e lasciarli andare senza sgretolarsi. 

La grafite si presta perfettamente a questo scopo. Il problema è che la maggior parte delle batterie agli ioni di litio in commercio vengono realizzate con processi industriali ed estrattivi energivori che utilizzano componenti dannose per l’ambiente e difficili da riciclare. La produzione di grafite sintetica, ad esempio, comporta il riscaldamento del carbonio a temperature che superano i 3.000 C (5.432 F) anche per intere settimane.

Da alcuni anni si sono intensificati i processi di ricerca volti a produrre batterie più sostenibili.

Immagine di Mikko Nikkinen | Stora Enso

Una svolta in questo senso sembra arrivare dalla Scandinavia, più precisamente dalla collaborazione tra Northvolt, colosso mondiale delle batterie, e Stora Enso, azienda fondata tra Svezia e Finlandia specializzata nella produzione di cellulosa e carta. Proprio quest’ultima ha scoperto e affinato produzione e l’applicazione del carbonio duro a base lignea per l’industria delle batterie.

Un team di ricercatori specializzati ha brevettato Lignode, una batteria fatta di lignina. Alla radice, è il caso di dire, ci sarà il carbonio duro a base lignina, un polimero vegetale che si trova nelle pareti cellulari delle piante e che compone il 20-30% degli alberi, agendo da collante forte e naturale, rendendo rigide le fibre. 

L’approvvigionamento di Stora Enso è effettuato tramite foreste sostenibili coltivate, legno rinnovabile dunque, dalle quali ricava il materiale di base. 

Un team di ricercatori ha brevettato Lignode, una batteria fatta di lignina, polimero vegetale che si trova nelle pareti delle piante e compone il 20-30% degli alberi, agendo da collante forte e naturale, rendendo rigide le fibre.

Il processo di trasformazione della lignina in una struttura di carbonio duro prevede il riscaldamento della suddetta, a temperature molto inferiori a quelle richieste per la produzione di grafite sintetica. Secondo il team, una caratteristica importante della struttura di carbonio che ne risulta è che è “amorfa”, o irregolare, e questo consente una maggiore mobilità degli ioni in entrata e in uscita. 

Stora Enso sostiene che il processo permetterà di realizzare una batteria agli ioni di litio o di sodio che può essere caricata in soli otto minuti. La capacità di caricare rapidamente è un obiettivo fondamentale per gli sviluppatori di batterie per veicoli elettrici. 

Questa è un’entusiasmante dimostrazione di come la ricerca per un’industria delle batterie sostenibile vada di pari passo con la creazione di un impatto positivo sia sulla società che sui costi.

Sono in corso numerosi studi in questo ambito, come quello condotto da Wyatt Tenhaeff, dell’Università di Rochester nello stato di New York, che ha realizzato anodi derivati dalla lignina in laboratorio. Secondo Tenhaeff la lignina potrebbe avere molti usi potenziali. Durante i suoi esperimenti ha provato a utilizzarla per realizzare un anodo con una struttura autoportante, che non richiede colla o un collettore di corrente a base di rame, comune nelle batterie agli ioni di litio. Nonostante i risultati raggiunti, il ricercato è scettico sul fatto che possano competere in termini di costi e prestazioni con gli anodi di grafite.

 

Stora Enso sostiene che il processo permetterà di realizzare una batteria agli ioni di litio o di sodio che può essere caricata in soli otto minuti. La capacità di caricare rapidamente è un obiettivo fondamentale per gli sviluppatori di batterie per veicoli elettrici. 

Quanto alla sostenibilità del processo Chelsea Baldino, ricercatrice dell’International Council on Clean Transportation, sostiene che dal momento che la lignina utilizzata per la produzione di anodi viene estratta come sottoprodotto del processo di produzione della carta, non vengono abbattuti nuovi alberi per produrre le batterie. Alla BBC, la stessa Stora Enso ha dichiarato che, attualmente, tutta la lignina utilizzata dall’azienda è “un flusso secondario del processo di produzione della pasta di legno” e il suo utilizzo non aumenta il numero di alberi abbattuti o il volume di legno utilizzato nella produzione di pasta di legno.

Oltre che per la realizzazione di anodi, esiste almeno un altro modo in cui la lignina potrebbe essere utilizzata nelle batterie, oltre agli anodi. Ad aprile, un gruppo di ricerca guidato dal Politecnico di Milano ha pubblicato un documento raccontando gli esperimenti condotti per sviluppare un elettrolita a base di lignina, cioè il componente che si trova tra catodo e anodo e che aiuta gli ioni a fluire tra i due elettrodi, costringendo gli elettroni a effettuare il percorso desiderato attraverso il circuito cui è collegata la batteria.

Gianmarco Griffini del Politecnico di Milano ha spiegato che l’idea di utilizzare la lignina è nata dopo aver sperimentato l’uso del materiale nei pannelli solari, con risultati poco soddisfacenti. “Le efficienze ottenute nelle celle solari sono relativamente limitate perché la lignina è marrone, quindi assorbe un po’ di luce”, spiega. Nelle batterie, comunque, questo dettaglio non ha importanza.

Stora Enso ha annunciato che attraverso la partnership con la società svedese Northvolt si prevede di produrre le prime batterie già nel 2025. Nel frattempo, anche altre aziende hanno cominciato a esplorare il potenziale della lignina nello sviluppo delle batterie, come la Bright Day Graphene in Svezia.