Per molti, le auto elettriche soffrono di un problema di immagine. Gli interrogativi riguardo al tema delle “terre rare” nei motori e dell’utilizzo di cobalto nelle batterie si fanno più insistenti.

Tuttavia, spesso passa inosservato il fatto che le risposte a queste domande siano già disponibili da tempo e che si stia lavorando alle corrispondenti soluzioni a velocità vertiginosa. In questo contesto desideriamo quindi fornire un’idea generale della questione e fare un po’ di chiarezza su cosa siano le terre rare, dove vengano utilizzate e su come i produttori di automobili di tutto il mondo stiano conducendo ricerche per individuare alternative e innovazioni sostenibili.

Panoramica dei capitoli

• Come vengono utilizzate le terre rare nelle automobili?
• Cosa stanno facendo i player mondiali a favore dell’approvvigionamento sostenibile di materie prime?
• Quali tecnologie verranno utilizzate in futuro per le batterie?

Cosa sono le terre rare e come vengono utilizzate nelle automobili?

Le terre rare non sono così rare come il nome suggerisce. In totale esistono 17 “terre rare”, la più rara delle quali (il tulio) è comunque più diffusa dell’oro. Inoltre, come abbiamo già spiegato nel nostro articolo, esse non sono utilizzate per produrre le batterie. Nella produzione di veicoli, invece, le terre rare trovano effettivamente impiego (per esempio il neodimio), ma non solo in questo settore.

La nostra vita di tutti i giorni non è più immaginabile senza il neodimio. Questo elemento viene infatti utilizzato per oggetti quali TV al plasma, hard disk, cuffie audio, e se ne trovano ca. 0,4 grammi in ogni smartphone.

Per i produttori di automobili, indipendentemente dal sistema di costruzione, è uno degli elementi più importanti, poiché è necessario, tra le altre cose, per l’elettronica dei sensori di movimento. Ma è soprattutto nei motori delle auto elettriche che viene utilizzato, per la precisione nei magneti permanenti.

Nei motori delle auto elettriche si preferisce utilizzare magneti permanenti in quanto aumentano l’efficienza dei motori (le cosiddette macchine sincrone a magneti permanenti, o PSM) Il loro svantaggio consiste nelle maggiori perdite di rotolamento e nella minore capacità di sovraccarico, che determinano prestazioni inferiori. Un’alternativa è rappresentata dai motori sincroni a eccitazione esterna (FSM), che non contengono magneti permanenti e sono più efficienti, ma necessitano di energia elettrica per generare il campo magnetico.

Il cobalto viene spesso citato nel contesto dell’estrazione delle “terre rare”, ma non è una terra rara. È un elemento altamente conduttore e nel catodo delle batterie garantisce che la tensione rimanga elevata e che la densità di energia della batteria, così come la velocità di ricarica, possano essere aumentate. Il cobalto è necessario anche nei motori a combustione interna, sia nella desolforazione del petrolio grezzo in raffineria sia per la tempra dell’acciaio ad alta resistenza nella produzione di motori e trasmissioni.

Vale la pena in questo contesto ricordare che molti produttori di veicoli hanno programmi e piani di sviluppo che mirano fare a meno, in futuro, anche dell’impiego del cobalto.

Cosa stanno facendo i player mondiali a favore dell’approvvigionamento sostenibile di materie prime?

I grandi consumatori quali VW, BMW e Tesla sono consapevoli del fatto che l’origine dei materiali utilizzati sta divenendo un criterio di acquisto sempre più importante per i loro clienti.

La tendenza è a favore dei motori sincroni a eccitazione esterna (FSM), realizzabili senza terre rare quali il neodimio. Il motivo è sia il miglioramento del bilancio ambientale, ma anche il fatto che la Cina controlla gran parte dell’estrazione del neodimio. La rinuncia al neodimio significa quindi per l’industria automobilistica anche una maggiore indipendenza nell’approvvigionamento delle risorse.

Che già ora si possa fare completamente a meno delle terre rare è dimostrato da BMW con il suo modello iX3 o da VW con il 4x4-ID. Anche la giapponese Nissan farà a meno dell’uso delle terre rare nel suo nuovo modello Ariya. E i francesi di Renault montano motori sincroni a eccitazione esterna sulla loro vettura best-seller, Zoe.

Quali tecnologie verranno utilizzate in futuro per le batterie?

Il futuro delle batterie per le auto elettriche non potrebbe essere più avvincente, dal momento che il perfezionamento e il miglioramento delle batterie procede a pieno ritmo. Considerando i progetti di ricerca dei grandi produttori, le discussioni sull’uso di materie prime come il cobalto presto apparterranno al passato.

Tesla e Volkswagen hanno annunciato già lo scorso anno che nelle vetture del loro segmento entry-level (per es. la Tesla Model 3 SR+) monteranno solo batterie LFP, che non contengono cobalto. Nei segmenti più alti verrà impiegata una combinazione di nichel e manganese, che dovrebbe consentire una durata molto elevata, fino a 10.000 cicli completi.

La BMW ha progetti diversi, in quanto organizza i propri acquisti in modo completamente indipendente e si procura il cobalto solo da fonti certificate in Australia e in Messico.

La batteria di un’auto elettrica consta principalmente di litio, la cui estrazione viene spesso ugualmente criticata per via del fabbisogno di acqua presumibilmente elevato. La quantità di acqua necessaria dovrebbe però esserecontestualizzata e si dovrebbe considerare che nella loro second life le batterie possono essere utilizzate ancora a lungo e infine possono essere completamente riciclate.

Per riuscire a fare completamente a meno del litio, il fornitore cinese CATL (Contemporary Amperex Technology Limited) ha presentato un nuovo sistema costruttivo per una batteria agli ioni di sodio, che già nel 2023 dovrebbe essere pronta per il mercato e prodotta in massa. I vantaggi di questa batteria sono la sostenibilità, le prestazioni a temperature basse, la ricarica rapida, la sicurezza e naturalmente i costi di produzione inferiori.

I ricercatori australiani compiono un ulteriore passo avanti e cercano di creare una batteria con 1.000 chilometri di autonomia utilizzando lo zolfo al posto del cobalto e del manganese. Il fatto che aziende del calibro di IBM, Mercedes e Sidus stiano lavorando insieme a un metodo di produzione di batterie con l’utilizzo di minerali marini al posto dei metalli pesanti infonde grande fiducia.
In una prospettiva più futura si collocano le cosiddette batterie a stato solido, che saranno notevolmente superiori alle attuali tecnologie in termini sia di autonomia e sicurezza sia di velocità di ricarica. Renault, Mitsubishi, Nissan e Toyota si sono riunite e conducono insieme intense ricerche su questa grande innovazione futura.