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ELETTRONICA OGGI 499 - GENNAIO/FEBBRAIO 2022 30 TECH INSIGHT ENERGY HARVESTING I problemi delle batterie: dai materiali… Oggi abbiamo molte scelte su quale tecnologia delle batterie possiamo usare nei nostri prodotti, ognuna con caratteristiche diverse. Possiamo scegliere una batteria primaria che deve essere sostituita dopo l’uso, una tecnologia di batteria secondaria: batterie ricaricabili che possono essere ricaricate centinaia, migliaia o addirittura decine di migliaia di volte prima che non possano più essere caricate a sufficienza per continuare a essere utilizzate. Poi abbiamo la scelta di un’ampia gamma di tecnologie di batterie, utilizzando un’ampia gamma di materiali sia per gli elettrodi che per l’elettrolita. Tuttavia, molti dei materiali utilizzati oggi nelle batterie sono difficili da reperire. Inoltre sollevano diverse domande sulla loro sostenibilità, sicurezza e disponibilità poiché la domanda delle batterie aumenta, guidata da applicazioni come i veicoli elettrici e, cosa più importante, sono probabilmente difficili e pericolose da smaltire alla fine della vita. In Europa esiste già una legislazione, come la direttiva dell’UE relativa alle batterie, che limita i materiali utilizzati all’interno delle stesse e definisce anche come essi debbano essere smaltiti e da chi alla fine della loro vita. È estremamente probabile che questa tendenza legislativa continuerà in futuro, con normative sempre più severe in materia di sicurezza e sostenibilità. I cambiamenti che arriveranno in futuro con la spinta verso i veicoli elettrici avranno un impatto importante sulla tecnologia delle batterie, non solo aumentandone l’efficienza, ma anche incidendo sulla disponibilità dei materiali necessari per fabbricare le batterie stesse. Oggi la richiesta di elementi quali litio e cobalto, tipicamente utilizzati in molti tipi di batterie, è in rapido aumento e i costi per questi elementi oscillano ampiamente. Entrambi sono utilizzati in grandi quantità in molte delle odierne batterie ricaricabili e la domanda di questi materiali potrebbe aumentare in modo significativo nel prossimo futuro. Alcune previsioni stimano che sarà necessario aumentare l’estrazione di questi materiali di almeno 10 volte ogni anno in tutto il mondo al fine di supportare la domanda delle batterie necessarie in grado di reggere la prevista crescita dei veicoli elettrici. Nel 2019 c’erano circa 7 milioni di veicoli elettrici, ma si prevede che tale numero aumenterà fino a raggiungere i 200 milioni di veicoli entro il 2030. Molti dei materiali necessari per fabbricare queste batterie provengono da un numero limitato di località in tutto il mondo. Il più grande fornitore di cobalto è la Repubblica Democratica del Congo, che attualmente fornisce circa il 60% del cobalto mondiale. Le miniere di cobalto hanno una storia di estrazione illegale, violazioni dei diritti umani e sfruttamento del lavoro minorile. Ci sono già stati casi giudiziari in tutto il mondo, con importanti aziende tecnologiche citate in giudizio per l’uso di cobalto estratto da fonti potenzialmente dubbie in Congo all’interno dei loro prodotti. La responsabilità per il comportamento etico della nostra catena di approvvigionamento potrebbe diventare un problema per tutti noi in futuro ed è qualcosa che dobbiamo iniziare a considerare oggi. ...alla sicurezza La sicurezza della batteria è un altro problema a cui dobbiamo pensare, poiché alcuni dei materiali utilizzati sono pericolosi, potenzialmente tossici e talvolta infiammabili se non gestiti con attenzione. Tutti noi ricordiamo i problemi di cui ha sofferto il Boeing Dreamliner quando è stato introdotto per la prima volta, con una serie di incendi causati dall’uso di batterie agli ioni di litio. Recentemente vi è stato un altro esempio che ha mostrato il pericolo delle batterie, quando la BBC ha dato notizia di un incendio in un allevamento di suini nel Regno Unito, dove sono rimasti uccisi un certo numero di maiali. Sembra che il rame di una batteria abbia reagito con gli escrementi e la lettiera secca appiccando il fuoco alla fattoria dopo che un maiale aveva mangiato un contapassi che era stato applicato alla sua zampa. Forse una storia un po’ divertente, se non fosse per i maiali, ma immaginate se fosse successo qualcosa di simile a un bambino. Quindi quale può essere la soluzione a questi problemi? In futuro, la tendenza preferenziale è quella di continuare a rendere i nostri prodotti il più efficienti possibile e di utilizzare batterie sempre più piccole per ridurre al minimo tutti questi problemi. Dobbiamo anche considerare se sono possibili soluzioni più drastiche e forse eliminare completamente la necessità di batterie o almeno ridurre ulteriormente le dimensioni delle batterie stesse utilizzando l’energia presente nell’ambiente che ci circonda per alimentare i nostri prodotti. Raccogliere energia dall’ambiente L’utilizzo dell’energia ambientale fino ad ora è stato limitato a una piccola gamma di applicazioni. La disponibilità sempre crescente di nuove generazioni di collettori di tale energia, in grado di estrarre energia in modo efficiente da una varietà di fonti, fa si che diventi realtà la possibilità che essa diventi la fonte di alimentazione primaria, o perlomeno secondaria, per una serie più ampia di applicazioni. Oggi la gamma della tecnologia di raccolta si è ampliata, con celle fotovoltaiche ottimizzate capaci di maggiori livelli di efficienza rispetto a prima, ottimizzate ad esempio per sorgenti luminose sia da interno sia da esterno.