L’ascesa delle batterie usate: una soluzione da miliardi di dollari per i veicoli elettrici

L’adozione dei veicoli elettrici (EV) sta crescendo rapidamente, con le vendite globali in aumento del 25% fino a raggiungere 17,1 milioni nel 2024, spinte da incentivi governativi e sforzi di decarbonizzazione. 

Il mercato dei veicoli elettrici è in realtà previsto crescere a un tasso di crescita annuale costante del 6,95% nei prossimi quattro anni, raggiungendo un volume di oltre $1 trilione. Nel frattempo, il fatturato di mercato dovrebbe raggiungere $828,6 miliardi in tutto il mondo. 

Ancora più importante, i veicoli elettrici si prevede di svolgere un ruolo chiave nel raggiungere l’ambizioso obiettivo di zero emissioni entro il 2050. Tuttavia, per farlo, i produttori di EV devono ridurre il costo dei loro veicoli perché, sebbene le vendite di EV siano in aumento, il ritmo di crescita è rallentato. Per non parlare del fatto che gli EV hanno anche un impatto ambientale negativo.

La produzione di veicoli elettrici è un processo ad alta intensità di risorse, richiedendo in media sei volte più input di minerali critici come litio, cobalto, rame, nichel, manganese e grafite rispetto ai veicoli a motore a combustione interna, il che rende l’impronta ambientale degli EV del 50% più alta rispetto ai ICEV durante la produzione. 

Il riciclaggio di queste batterie può davvero cambiare le cose. Può contribuire a ridurre l’impronta di carbonio diminuendo il costo dell’elettricità, la necessità di estrarre materie prime per produrre nuove batterie e i rifiuti, prolungando la vita delle batterie esistenti e, di conseguenza, rendendo gli EV più economici.

Un altro modo per migliorare l’efficienza di queste batterie riducendone l’impatto è il loro riutilizzo. Il riutilizzo di una batteria EV può darle una seconda vita, con le batterie EV di seconda vita che massimizzano il valore delle batterie e ne aumentano la durata.

Gli ultimi ricercatori e rapporti trovano che il riciclaggio e il riutilizzo offrono grandi vantaggi e continueranno a crescere.

Riciclaggio delle batterie EV

Nuova ricerca^1, che è la prima analisi del ciclo di vita conosciuta del riciclaggio di batterie al litio (LIB) basata su dati provenienti da un impianto di riciclaggio su scala industriale, ha scoperto che il riciclaggio offre benefici ambientali significativi.

Dall’uso dell’acqua e del consumo energetico alle emissioni di gas serra, tutto si riduce in modo significativo quando le batterie vengono riciclate anziché estrarre metalli vergini per produrre nuove LIB.

La produzione di LIB ha registrato una crescita esponenziale a causa dell’aumento dell’elettrificazione dei veicoli e della generazione intermittente di energia rinnovabile. L’uso delle LIB è semplicemente andato ben oltre l’elettronica di consumo. Inoltre, questi altri casi d’uso stanno crescendo a un ritmo sostenuto.

Il settore EV, in particolare, dovrebbe dominare la crescita delle LIB entro il 2030, rappresentando fino all’82% della produzione globale totale stimata di LIB. 

Tuttavia, mentre la domanda di batterie al litio cresce rapidamente, i materiali critici necessari per le principali chimiche delle batterie al litio sono in offerta limitata. Si prevede infatti che affronteranno un grave deficit nell’equilibrio globale tra offerta e domanda prima della fine di questo decennio. Inoltre, l’estrazione di questi materiali ha aggravato le preoccupazioni economiche, ambientali, dei diritti umani e di sicurezza nazionale. 

Non solo l’estrazione di questi materiali critici, ma anche lo smaltimento improprio delle LIB a fine vita sta danneggiando gli ecosistemi naturali e umani. 

Qui il riciclaggio dei materiali critici nelle LIB a fine vita può essere di immenso aiuto nel ridurre le crescenti preoccupazioni ambientali. Questo è anche essenziale per la sostenibilità a lungo termine del trasporto elettrificato, poiché il riciclaggio può persino contribuire ad alleviare l’insicurezza di approvvigionamento a lungo termine di questi minerali critici delle batterie su larga scala.

Ora, i riciclatori di LIB ottengono materiali da batterie ‘morte’, per lo più raccolte nei luoghi di lavoro, o da materiale di scarto difettoso dei produttori di batterie. Nel processo di riciclaggio, metalli come litio, nichel, rame, cobalto, manganese e alluminio vengono estratti da queste due fonti.

Lo studio di analisi del ciclo di vita dell’Università di Stanford ha quantificato l’impronta ambientale di questo processo e ha scoperto che emette meno della metà dei gas serra (GHG) rispetto all’estrazione e raffinazione tradizionali di questi metalli. Utilizza anche circa un quarto dell’acqua e dell’energia rispetto all’estrazione di nuovi metalli. 

Quando i materiali di scarto difettosi vengono utilizzati per il riciclaggio, i benefici ambientali risultano ancora maggiori. I rottami hanno effettivamente rappresentato circa il 90% della fornitura riciclata studiata, e i loro risultati sono stati il 11% del consumo energetico dell’estrazione e della lavorazione, il 12% del consumo d’acqua e il 19% delle emissioni di GHG. La riduzione del consumo energetico corrisponde anche a minori inquinanti atmosferici come fuliggine e zolfo, sebbene ciò non sia stato misurato specificamente.

Questo studio, secondo il suo autore senior William Tarpeh, professore assistente di ingegneria chimica nella School of Engineering, “ci dice che possiamo progettare il futuro del riciclaggio delle batterie per ottimizzare i benefici ambientali”.

Gli impatti ambientali delle batterie dipendono effettivamente molto dalla posizione dell’impianto di lavorazione e dalla sua fonte di elettricità.

Come una delle tre principali investigatrici dello studio, Samantha Bunke, studentessa di dottorato a Stanford, ha osservato che se un impianto di riciclaggio dipende molto dall’elettricità generata dalla combustione di carbone, allora vedrà un vantaggio climatico ridotto. Tuttavia, nelle regioni con elettricità più pulita, la carenza di acqua dolce è una grande preoccupazione. 

Un altro fattore chiave è il trasporto a causa della posizione geologica della fornitura di materiale. 

Per quanto riguarda il cobalto, l’80% della sua fornitura globale si trova e viene estratto nella Repubblica Democratica del Congo, la maggior parte dei quali viaggia via ferrovia, strada e mare verso la Cina per la raffinazione per le batterie. Allo stesso modo, la fornitura globale di litio è principalmente concentrata in Cile e Australia, da dove arriva in Cina. Lo studio stima che la distanza totale di trasporto solo per l’estrazione e la raffinazione dei metalli attivi delle batterie sia in media di circa 35.000 miglia (57.000 chilometri). 

Un processo simile si applica al riciclaggio delle batterie, dove le batterie usate e i rottami vengono prima raccolti e poi inviati al riciclatore. Tuttavia, la distanza totale di trasporto delle batterie usate dai nostri telefoni o EV a una struttura di raffinazione ipotetica in California è di solo circa 140 miglia (225 chilometri), basata su presunte posizioni ottimali per future strutture di raffinazione tra le numerose batterie riciclabili negli Stati Uniti.

Una grande opportunità

I dati per questo studio provengono da Redwood Materials in Nevada, che è la più grande struttura di riciclaggio di batterie al litio su scala industriale in Nord America. L’impianto beneficia del mix energetico più pulito del paese, che include solare, idroelettrico e geotermico.

Fondata da Tesla (TSLA ) co-fondatore ed ex-CTO, Redwood ha due impianti, uno in Nevada e l’altro in South Carolina. Qualche mese fa, il costruttore tedesco BMW ha firmato un accordo con l’azienda per riciclare le batterie Li-ion da tutti i suoi EV, coprendo sia le batterie che i tipi ibridi.

Redwood ricicla già le batterie EV da Tesla, Toyota (TM ), Ford (F ), Nissan, Lyft (LYFT ), General Motors (GM ), Amazon (AMZN ), e altri. Ricicla anche batterie stazionarie.

L’azienda elabora i materiali di anodo e catodo e li trasforma in materiali per batterie “di alta qualità”. Secondo l’azienda, recuperano fino al 98% di questi materiali e li restituiscono alla catena di fornitura.

Ora, per lo studio, Redwood Materials non solo ha fornito i dati ma ha anche applicato le lezioni alle proprie operazioni e all’impronta ambientale.

“Le intuizioni di questa ricerca hanno svolto un ruolo chiave nel perfezionare i processi di riciclaggio delle batterie di Redwood.”

– Fondatore e amministratore delegato JB Straubel

Ha aggiunto:

“Grazie alle osservazioni dei ricercatori. Abbiamo ulteriormente ridotto la nostra impronta ambientale migliorando al contempo l’efficienza delle risorse e la scalabilità del processo.”

È notevole che il processo di riciclaggio di Redwood preveda la “calcinazione riduttiva”, che non utilizza combustibili fossili, richiede temperature significativamente più basse e produce più litio rispetto ai metodi tipici. 

Questo significa che i risultati ambientali dell’azienda non rappresentano le prestazioni ambientali complessive dell’industria per il riciclaggio di batterie usate. Tuttavia, altri processi pirometallurgici stanno emergendo nei laboratori e non sono intensivi di energia come i metodi convenzionali.

Con questo studio, i ricercatori mirano a informare l’espansione delle aziende di riciclaggio di batterie sull’importanza di scegliere buone ubicazioni per i nuovi impianti e di prepararsi al prossimo problema di approvvigionamento di minerali.

Secondo Tarpeh, l’opportunità è significativa poiché solo dal 2% al 47% delle batterie al litio viene riciclato a livello globale nonostante contengano materiali con un valore economico circa 10 volte superiore rispetto alle batterie al piombo-acido, il 99% delle quali è stato riciclato negli Stati Uniti per decenni. 

“Per un futuro con una fornitura notevolmente aumentata di batterie usate, dobbiamo progettare e preparare oggi un sistema di riciclaggio dalla raccolta alla lavorazione per trasformarle nuovamente in nuove batterie con un impatto ambientale minimo,” ha affermato Tarpeh. “Speriamo che i produttori di batterie considerino maggiormente la riciclabilità nei loro futuri progetti.”

Riutilizzo delle batterie EV

Mentre le batterie al litio possono essere riciclate per recuperare materie prime preziose e critiche e poi reintrodotte in nuove batterie EV, il loro riutilizzo per applicazioni di seconda vita prima del riciclaggio offre anche enormi benefici. Questi benefici, sostiene un nuovo rapporto, sono molto più grandi del semplice riutilizzo di una batteria al litio.

Il rapporto di IDTechEx ha approfondito le batterie EV di seconda vita, che vengono ritirate una volta che non soddisfano più i requisiti di prestazione per l’EV. Questo avviene alla fine della loro prima vita. 

Quando le batterie EV vengono riciclate, vengono riutilizzate per EV a bassa potenza o per lo stoccaggio di batterie stazionarie, che, secondo IDTechEx, sono casi d’uso meno impegnativi rispetto a quelli degli EV.

Tuttavia, il rapporto ha osservato che il riutilizzo delle batterie al litio massimizza il loro valore, ne estende la durata e contribuisce a un’economia circolare delle batterie. In alcuni casi, anche la loro prima vita può essere estesa in un’applicazione EV sostituendo alcuni moduli o celle in un pacco batteria.

IDTechEx prevede che il mercato delle batterie EV di seconda vita varrà 4,2 miliardi di dollari entro il 2035, man mano che la disponibilità di batterie EV ritirate crescerà nei prossimi dieci anni.

Questo sta già accadendo a un ritmo crescente a livello mondiale. Negli Stati Uniti e in Europa, i riutilizzatori stanno aumentando costantemente il volume di implementazioni di batterie di seconda vita. Principalmente, questi sistemi stazionari o mobili vengono installati per clienti commerciali e industriali (C&I) per ottimizzare la ricarica degli EV, riducendo il consumo di elettricità quando la domanda è al picco e l’auto-consumo di energia rinnovabile.

Alcuni riutilizzatori hanno anche sviluppato tecnologie di stoccaggio di batterie residenziali, mentre altri stanno costruendo sistemi di accumulo di energia batteria (BESS) più grandi per applicazioni su scala di rete. 

La Cina attualmente guida le implementazioni di batterie di seconda vita e sta anche aumentando le sue attività. Il paese utilizza le batterie di seconda vita per applicazioni di backup di energia nelle telecomunicazioni.

Al di fuori della Cina, l’Europa registra il più alto livello di attività, con IDTechEx che identifica 20 riutilizzatori che sviluppano batterie di seconda vita nella regione.

Per quanto riguarda il costo di queste batterie EV di seconda vita, il rapporto osserva che le sostanziali riduzioni di costo delle tecnologie BESS al litio di prima vita hanno reso davvero difficile per i riutilizzatori rimanere competitivi sui prezzi dei loro sistemi per i clienti. Per aumentare la loro adozione, le batterie EV di seconda vita devono avere un prezzo inferiore rispetto alle BESS al litio di prima vita.

Queste batterie hanno già subito degradazione nella loro prima vita, il che significa che le loro prestazioni sono influenzate nella seconda vita. 

Per quanto riguarda i fattori che contribuiscono al costo più elevato di questi sistemi di accumulo di energia batteria di seconda vita, il rapporto ha evidenziato i componenti della batteria e la logistica di consegna delle batterie EV ritirate. Il processo di riutilizzo stesso contribuisce al costo, includendo i tempi di classificazione della batteria, lo smontaggio e il rimontaggio. Pertanto, i riutilizzatori dovranno intervenire su tutti questi fronti per ridurre i costi.

Già, stanno venendo sviluppate tecnologie avanzate di classificazione delle batterie, come i test di fine vita delle batterie a bordo per determinare lo Stato di Salute (SOH) della batteria, che richiedono minuti anziché ore secondo le tecniche di ciclaggio tipiche, riducendo sia il tempo di test che il costo.

Inoltre, numerosi progetti stanno utilizzando tecnologie di smontaggio semi-automatizzato delle batterie. Se questi progetti emergenti avranno successo, ciò potrà ridurre la necessità di intervento umano in alcuni passaggi, riducendo i costi del lavoro e, di conseguenza, il costo delle batterie riutilizzate.

Il riutilizzo delle batterie ritirate, secondo il rapporto, può avvenire a diversi livelli di smontaggio. Questo può essere a livello di pacco, di modulo o di cella. 

Più in profondità andiamo nello smontaggio, più tempo richiede e più alti sono i costi del lavoro. Tuttavia, ciò consente il rimontaggio dei moduli o delle celle con le migliori prestazioni, creando un sistema più performante. Secondo il rapporto, i riutilizzatori stanno principalmente adottando tecniche di riutilizzo a livello di pacco o di modulo, e si prevede che ciò continuerà. 

Le tendenze delle batterie EV si prevede anche di influenzare la fattibilità economica del riutilizzo a lungo termine. “IDTechEx illustra come i design cell-to-pack (CTP) possano migliorare la densità energetica di un pacco batteria e, di conseguenza, l’autonomia di un EV. Tuttavia, questi design richiedono tipicamente un uso maggiore di saldatura a punti o adesivi. Rimuoverli richiede calore o solventi, aumentando così il costo dello smontaggio. 

Un altro elemento importante nella crescita delle batterie di seconda vita sono le normative, che hanno rappresentato un fattore di grande contributo alla crescita degli EV. Politiche come incentivi fiscali per ridurre i costi degli EV, mandati e requisiti di emissione per incoraggiare le vendite di EV insieme all’infrastruttura di ricarica e ai divieti sui veicoli a combustione interna hanno notevolmente beneficiato il mercato degli EV.

Nel frattempo, incentivi finanziari, programmi di riacquisto e l’impostazione di obiettivi di recupero, raccolta e riciclaggio stanno contribuendo alla crescita del riciclaggio delle batterie. Tuttavia, sebbene esistano normative per il riciclaggio delle batterie in diverse regioni, poche politiche affrontano specificamente le batterie EV di seconda vita. 

Tuttavia, gli Stati Uniti, la Cina e l’UE hanno iniziato a lavorare sui loro quadri normativi per facilitare le batterie di seconda vita e il riutilizzo. 

Politiche come il Battery Passport dell’UE, che traccia il ciclo di vita di una batteria, la fornitura di dati EOL delle batterie da condividere tra le parti interessate, e la responsabilità estesa del produttore (EPR) che rende i produttori responsabili della raccolta, riutilizzo e riciclaggio delle batterie, stanno favorendo il riutilizzo delle batterie.

Mentre i paesi hanno iniziato a riconoscere il valore potenziale delle batterie di seconda vita, il rapporto ha osservato che è necessario prestare particolare attenzione a incentivare gli attori a riutilizzare piuttosto che riciclare prematuramente le batterie.

Aziende rilevanti 

Come abbiamo condiviso sopra, Redwood Materials, azienda privata, è un nome importante nel riciclaggio di batterie. Per quanto riguarda coloro che sono coinvolti nel riutilizzo delle batterie, il rapporto IDTechEx evidenzia Higher Wire, Smartville, Terrepower, RePurpose Energy e B2U in Nord America. Nel frattempo, in Europa, aziende come Zenobe, Allye Energy, Cidetec, Betteries, Covalion ed Ecobat, tra le altre, sono importanti riutilizzatori e rimanufatturatori di seconda vita.

Ora, diamo un’occhiata ad alcune società quotate in borsa in questo settore:

1. Li-Cycle Holdings

Questa azienda è impegnata nel recupero di materiali critici per un futuro a energia pulita. L’azienda utilizza le tecnologie Spoke & Hub, protette da brevetto, per riciclare le batterie al litio.

Li-Cycle Holdings ha una capitalizzazione di mercato di 35,78 milioni di dollari mentre le sue azioni attualmente scambiano a 1 dollaro, in calo del 43,5% YTD. Il suo EPS (TTM) è -5,88, mentre il rapporto P/E (TTM) è -0,17. Per il Q3 del 2024, l’azienda ha annunciato un fatturato di 8,4 milioni di dollari, riflettendo una crescita del 79% su base annua. Ha anche chiuso un prestito aumentato a 475 milioni di dollari dal DOE.

2. American Battery Technology Company

Questa azienda si concentra sul riciclaggio di batterie e sull’estrazione di risorse. Ha una capitalizzazione di mercato di 138 milioni di dollari mentre le sue azioni scambiano a 1,52 dollari, in calo del 34,15% YTD.

American Battery ha un EPS (TTM) di -0,96 e un P/E (TTM) di -1,68. Per i tre mesi conclusi il 30 settembre 2024, ABTC ha riportato poco più di 200.000 dollari di fatturato e ha ricevuto una sovvenzione di 150 milioni di dollari dal DOE per la costruzione di una seconda struttura di riciclaggio di batterie al litio. Alla fine di questo periodo, l’azienda disponeva di 5,8 milioni di dollari in contanti.

Conclusione

I veicoli elettrici sono destinati a svolgere un ruolo chiave nel raggiungere gli obiettivi di zero emissioni fissati per il 2050, ma naturalmente, permangono preoccupazioni riguardo ai costi e all’impatto ambientale. Tuttavia, i ricercatori stanno trovando modi ancora migliori e più recenti per renderli più convenienti e rispettosi dell’ambiente. Qui, il riciclaggio e il riutilizzo delle batterie al litio, che sono il tipo più comune usato negli EV, stanno emergendo come soluzioni promettenti per affrontare le preoccupazioni di sostenibilità della rivoluzione EV.

Il riciclaggio delle batterie, come abbiamo visto, ha il potenziale non solo di ridurre il costo degli EV e aumentare la loro adozione, ma anche di essere benefico per l’ambiente. Le applicazioni di batterie di seconda vita, nel frattempo, possono espandere la loro durata e valore. Queste soluzioni offrono un modo per ottenere EV più sostenibili ed economici e una transizione accelerata verso un futuro più verde.

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