Di recente, la compagnia svedese Northvolt ha annunciato che il sodio sarà in grado di eguagliare la densità energetica del litio. Questa scoperta può segnare un passo decisivo nella ricerca e un punto a favore del sodio per il suo impiego nella costruzione delle batterie elettriche
Negli ultimi anni, con l’avvio della transizione energetica e il grande impulso nella ricerca di nuove materie prime, più ecosostenibili del petrolio e del carbone, le proprietà del sodio sono state rivalutate, soprattutto per ovviare ai difetti del litio, che per il momento è il protagonista indiscusso nella produzione delle batterie elettriche per i veicoli elettrici (EV). Nonostante la sua ampia varietà di applicazioni infatti, il litio ha un costo ambientale elevato e presenta alcune criticità tecniche nel suo utilizzo non irrilevanti, come l’alta infiammabilità e le difficoltà di smaltimento.
L’IMPORTANZA DEL SODIO NELLA TRANSIZIONE ENERGETICA
Il sodio – come gli altri metalli alcalini – non si trova in forma elementare in natura, ma sempre in composti. Come evidenzia un recente approfondimento di Aspenia Online, è il sesto elemento più abbondante sulla terra e costituisce circa il 3% della crosta terrestre. I minerali di sodio più comuni si trovano nelle rocce. Tra questi, il cloruro di sodio, comunemente chiamato salgemma, si trova in zone di mare prosciugate, mentre il nitrato di sodio, altamente solubile, è presente in zone particolarmente aride, come il deserto di Atacama in Cile. La più grande riserva di sodio è però l’acqua di mare: un litro di acqua di mare contiene in media 11 grammi di ioni di sodio.
La più grande miniera di sale sotterranea del mondo si trova in Canada, nello stato dell’Ontario, a 3 km sotto il lago Huron. Qui, oltre 400 persone lavorano ogni giorno per estrarre il sale da utilizzare nelle strade del Paese nei lunghi mesi invernali. In Europa, la più grande miniera si trova in Romania, nella città di Unirea, e costituisce un’importante attrazione turistica oltre che essere un centro benessere. Altre miniere di sale famose nel mondo sono quella in Colombia, la Cattedrale del Sale, che attira oltre 3000 turisti ogni fine settimana; quella di Khewra, in Pakistan, che è la seconda per dimensioni al mondo; e la salina di Danakil, in Etiopia, considerata il luogo abitabile più caldo sul pianeta.
IL RUOLO DEL SODIO NELLA COSTRUZIONE DELLE BATTERIE ELETTRICHE
L’Unione Europea sta lavorando al fine di coprire il 42,5% del consumo energetico con fonti rinnovabili entro il 2030. Come spiega Aspenia Online, per raggiungere gli ambiziosi obiettivi green degli stati membri dell’Unione Europea, è necessario risolvere il dilemma dell’accumulo di energia. Per garantire una fornitura energetica completamente sostenibile, è necessario che anche il materiale delle batterie sia “verde”. È qui che nasce la competizione tra il sodio e il litio. Tra il 1970 e il 1990, vennero studiate sia le batterie al sodio che al litio. Queste ultime ebbero maggior successo; vennero commercializzate e ulteriormente sviluppate lasciando in sospeso la ricerca su quelle al sodio. Negli ultimi anni, gli studi sul sodio sono stati ripresi e i risultati potrebbero invertire il futuro dei due metalli, oltre che rivoluzionare il mondo tecnologico.
I progressi della ricerca e la volontà di essere in prima fila nello sviluppo di questa tecnologia hanno permesso all’Europa di guadagnare il predominio del mercato globale. L’Italia è tra i primi Paesi ad aver intuito le potenzialità del sodio. Infatti, la FIAMM da anni ormai produce le batterie al sodio e nichel SoNick esportate in 60 Paesi per lo stoccaggio di energia e la mobilità elettrica.
Le batterie agli ioni di sodio, come detto, hanno un’architettura analoga a quella delle batterie agli ioni di litio. Affinché la batteria al sodio abbia successo – spiega Aspenia Online – è necessario trovare un elettrodo negativo idoneo, che sostituisca la grafite e che permetta di aumentare i cicli di vita della batteria. La batteria a ioni di sodio inoltre fornisce un voltaggio massimo inferiore rispetto ad una batteria al litio. Il breve ciclo di vita e la bassa densità energetica, ovvero la quantità di energia accumulata rispetto al volume della batteria, sono quindi tra i principali limiti delle batterie al sodio. Esse possono infatti immagazzinare solo circa due terzi di energia delle batterie agli ioni di litio di dimensioni equivalenti. Tuttavia, recentemente la compagnia svedese Northvolt ha annunciato che sarà in grado di eguagliare la densità energetica del litio. Questa scoperta può segnare un passo decisivo nella ricerca e un punto a favore del sodio per il suo impiego nella costruzione delle batterie elettriche.
UN’ALTERNATIVA AL LITIO
Il sodio, al contrario del lito, si trova quasi ovunque sulla superficie terrestre e il carbonato di sodio si può anche produrre sinteticamente dal sale e calcare. La facile reperibilità di questo metallo – analizza Aspenia Online – contribuisce al contenimento dei costi, rendendo le batterie al sodio più competitive dal punto di vista economico. Le stime del costo iniziale delle batterie agli ioni di sodio variano tra i 40 e gli 80 dollari/kWh, a fronte dei 120 dollari/kWh per quelle al litio. Inoltre, l’estrazione del sodio dai giacimenti marini provoca meno danni ambientali rispetto alle miniere del litio, sebbene non sia del tutto priva di rischi per i fondali marini, come denunciano alcuni attivisti.
La batteria al sodio garantisce anche elevati standard di sicurezza, in quanto le celle basate su questo elemento non sono infiammabili e non sono soggette a esplosioni o cortocircuiti. Queste batterie riescono a sopportare temperature rigide con la possibilità di operare in un intervallo di temperature che va da −20 a 60 °C, mentre le celle al litio hanno un range operativo compreso tra 0° e 50°. Un altro potenziale vantaggio per la sicurezza è che le batterie agli ioni di sodio possono essere immagazzinate non caricate, mentre quelle agli ioni di litio vengono solitamente trasportate cariche al 50-70%, poiché la scarica completa può rovinare le batterie. Infine, anche in termini di riciclaggio le batterie al sodio presentano vantaggi significativi.
TRANSIZIONE E BATTERIE AGLI IONI DI SODIO, UN LEGAME STRETTO
La transizione dell’automotive è legata a doppio filo allo sviluppo delle batterie agli ioni di sodio. Infatti, nel rapporto di Straits Research del 2023 emerge che la leva principale di crescita di queste tecnologia saranno le auto elettriche. Lo stesso documento sottolinea però che questo tipo di sistemi di accumulo attualmente è più utilizzato per immagazzinare l’energia che arriva dalle fonti rinnovabili. I vantaggi principali rispetto alle concorrenti a litio sono il minor costo della tecnologia, maggiore disponibilità delle materie prime, ciclo di vita più duraturo, maggiore sicurezza a lungo termine a fronte di una stessa densità energetica.