Le due vite della batteria dell’auto

A un certo punto, si esauriscono: dopo molti anni di utilizzo quotidiano, la potenza delle batterie per auto scende al di sotto dei valori indicativi. Per rendere l’elettromobilità il più sostenibile possibile a lungo termine, le case automobilistiche devono quindi affrontare fin da subito la questione della sostenibilità: come possiamo dare una seconda vita alle nostre batterie?

Ricordiamoci della famosa pubblicità di batterie degli anni ‘80 e ‘90. Il coniglietto sembrava poter tamburellare all’infinito. Ma a un certo punto anche questo animaletto giocattolo si sarebbe dovuto arrendere, perché la batteria pubblicizzata avrebbe smesso di funzionare.

Una volta tante batterie per auto, oggi un’unica unità: visuale delle batterie e-tron accatastate diventate impianto di stoccaggio multiuso presso il campus EUREF a Berlino. (AUDI)
Una volta tante batterie per auto, oggi un’unica unità: visuale delle batterie e-tron accatastate diventate impianto di stoccaggio multiuso presso il campus EUREF a Berlino. (AUDI)

È nella natura delle cose: le batterie classiche e quelle ricaricabili migliorano di continuo, durano sempre più a lungo e questo nonostante un uso sempre più intensivo di energia. Tuttavia, ancora oggi la loro capacità diminuisce nel tempo, fino a quando non sono più in grado di svolgere adeguatamente il loro compito. La soluzione potrebbe sembrare ancora molto lontana nel caso di un’auto elettrica. Tuttavia, gli ingegneri stanno già lavorando a soluzioni per i problemi di sostenibilità di domani.

Tutti sappiamo come funziona con il nostro smartphone: dopo due anni di utilizzo, la batteria si scarica più rapidamente che dopo un anno. Allo stesso modo, si scaricava più velocemente dopo un anno di utilizzo rispetto a quando è stato acquistato.

Lo stesso processo si verifica anche per le batterie di un’auto elettrica. In modo molto più lento, ovviamente. Come accade anche per la garanzia normale di una vettura, Audi offre per l’e-tron una garanzia sulla batteria ad alto voltaggio, che copre tutti i difetti di materiali e di fabbricazione. Naturalmente la durata della garanzia non può coprire l’intera vita della batteria. La garanzia per la batteria dell’e-tron dura otto anni o 160 000 chilometri.

E se la batteria non dovesse più funzionare?

Il coniglietto tamburellante è un esempio, lo smartphone è un’altra cosa. La questione della durabilità delle celle di energia si pone anche nel caso dell’auto elettrica. Tanto più che le batterie necessitano di molta energia di produzione e di numerose materie prime costose, non sempre rispettose dell’ambiente. Chiunque intenda adottare la mobilità elettrica come tema sostenibile deve quindi porsi la seguente domanda: come posso continuare a utilizzare delle batterie che non sono più utilizzabili per l’auto?

Una svolta di 180 gradi a Davos

Gennaio 2020, Davos: l’élite della politica e dell’economia si riunisce per il Forum economico mondiale (WEF). Sul posto è presente anche la flotta ufficiale di navette Audi, partner WEF. Circa il 90 percento delle auto, cioè circa un centinaio di veicoli, è alimentato elettricamente.

La flotta Audi e i container di ricarica a Davos. (AUDI)
La flotta Audi e i container di ricarica a Davos. (AUDI)

Queste vengono per così dire caricate dai loro predecessori. Quattro batterie e-tron usate sono installate in tre stazioni di ricarica mobili. Modelli che non presentano più una capacità di stoccaggio sufficiente per l’utilizzo nel traffico cittadino, ma che svolgono comunque il loro ruolo di aiutanti per la ricarica. Quasi una svolta a 180 gradi del loro scopo.

Dati principali di questa soluzione: ogni container ha una capacità di ricarica totale di circa 700 kW e tre colonne di ricarica, ognuna delle quali fornisce 150 kW e dispone di una capacità di stoccaggio di circa 1,0 MWh. Questo risultato è frutto della collaborazione con l’azienda tecnologica svizzera ABB.

Una collaborazione simile ha avuto luogo a gennaio anche tra Audi e la gara dell’Hahnenkamm a Kitzbühel, il grande evento della coppa del mondo di sci. In quel luogo, per la prima volta, è stato utilizzato un container di ricarica in cui sono stati installati singoli moduli piuttosto che intere batterie e-tron.

Numerose altre applicazioni in occasione di grandi eventi sono state realizzate o sono in programma, ad esempio nell’ambito della stagione 2019/20 di Formula E. Tuttavia, poiché la maggior parte delle gare di vetture elettriche in primavera e in estate sono state annullate a causa della crisi dovuta al coronavirus, finora si è fatto meno ricorso alla soluzione del container sostenibile.

 Ad ogni modo: una batteria è una batteria. Sia che si trovi all’interno dell’auto e ci consenta di muoverci, sia che sia trovi all’esterno dell’auto per ricaricarla. Se l’accumulatore di energia trova in questo modo la sua «seconda vita», viene chiamato batteria «second life».

Modello in sezione di una batteria dell’Audi e-tron. (AUDI)
Modello in sezione di una batteria dell’Audi e-tron. (AUDI)

Perché mai una batteria si scarica?

Come accade esattamente? Sappiamo che le batterie perdono potenza nel tempo perché lo sperimentiamo costantemente. Qual è il motivo di questo continuo scaricarsi? 

A grandi linee: all’interno di una batteria, l’energia chimica si trasforma in energia elettrica. Ciò avviene per mezzo della cosiddetta reazione redox. «Redox» è una sincrasi, ossia una parola che combina riduzione e ossidazione. Un polo emette degli elettroni (ossidazione), che vengono ripresi dall’altro polo (riduzione). Da qui i famosi segni più e meno, da cui deriva l’importanza di inserire una batteria nella posizione corretta in un apparecchio. 

Durante il processo di carica si ossida il polo positivo, durante il processo di scaricamento quello negativo. Tuttavia, questo processo genera anche prodotti secondari. In altre parole: gli elettroni non si muovono mai tutti da più a meno, o viceversa. Alcuni di loro «si perdono» di volta in volta lungo il cammino, si potrebbe dire che si «disperdono».

Ciò significa che con il passare del tempo, sempre più elettroni si disperdono. Il numero di elettroni che passano da più a meno, e viceversa, diminuisce costantemente. Per questo motivo la capacità della batteria diminuisce.

Dei lavoratori installano dei cavi ad alta tensione presso lo stabilimento e-tron di Bruxelles. (AUDI)
Dei lavoratori installano dei cavi ad alta tensione presso lo stabilimento e-tron di Bruxelles. (AUDI)

Naturalmente, i fornitori di elettromobilità erano consapevoli fin dall’inizio di questo svantaggio generato della reazione redox. Di conseguenza, la ricerca per dare una «seconda vita» alle batterie è in corso da molto tempo. Nel caso di Audi, un’officina delle idee a Berlino fa da apripista per sviluppare soluzioni creative relative alla vita (continua) delle batterie.

Questo think tank è composto da 23 collaboratori, otto dei quali lavorano permanentemente nel gruppo, mentre gli altri 15 si alternano per sei mesi alla volta. Provengono da altri reparti e da altre sedi, in cui fanno ritorno al termine dei sei mesi.

Obiettivo principale di questi team interfunzionali è: sviluppare modelli di business e servizi per l’ulteriore sviluppo dell’azienda, in particolare mirati alla «Digital Car Company». In questo senso il collegamento con il settore start-up e digitale svolge un ruolo decisivo.

L’officina delle idee Audi a Berlino. A destra nell’immagine: un set di batterie. (AUDI)
L’officina delle idee Audi a Berlino. A destra nell’immagine: un set di batterie. (AUDI)

A questo team si deve lo sviluppo del set di batterie Audi nel 2018. Una valigia rossa, 15 kg di peso, formato bagaglio a mano, standardizzata. All’interno: un singolo modulo della batteria Audi e-tron che trascorre la sua «seconda vita». Il suo utilizzo è ipotizzabile, ad esempio, nell’ambito delle officine professionali o come batteria di avviamento per auto elettriche.

Un impianto di stoccaggio come simbolo della svolta energetica

Un’altra forma di «seconda vita» è quella osservabile al campus EUREF di Berlino. EUREF è il Forum europeo per l’energia e il campus viene inteso come simbolo della svolta energetica e come cluster per le aziende dei settori interessati. Nel 2019, Audi vi ha messo in funzione un impianto di stoccaggio multiuso, che consiste anche di ex batterie per auto.

Visuale dell’accumulatore di energia presso il campus EUREF.
Visuale dell’accumulatore di energia presso il campus EUREF.

Teoricamente, l’impianto di stoccaggio con una capacità di 1,9 MWh potrebbe fornire energia all’intero campus per circa due ore senza connettersi alla rete elettrica. Allo stesso tempo, svolge un compito che si avvicina al ruolo originale delle batterie: fornisce elettricità alle stazioni di ricarica per auto elettriche.

Ma non solo: l’impianto di stoccaggio EUREF è soprattutto uno «stabilizzatore intelligente» in grado di compensare le fluttuazioni della rete. Esso reagisce alle sovraccapacità della rete elettrica assorbendo l’energia in eccesso: non è più necessario, ad esempio, disconnettere all’ultimo momento dalla rete le centrali eoliche delle regioni intorno a Berlino. Viceversa, l’impianto contribuisce a stabilizzare la rete in caso di sottocapacità. Nelle situazioni più estreme, lo stabilizzatore può anche impedire un blackout. 

Contro i picchi e i cali di corrente in Germania

In un contesto molto simile, nel giugno 2020 Audi ha annunciato la sua collaborazione con Energie Baden-Württemberg (EnBW). In una prima fase, quest’anno i due partner allestiranno nei locali della centrale termoelettrica di Heilbronn un serbatoio di stoccaggio di riferimento con batterie per auto usate, così da testare le varie possibilità.

Tra le altre cose, le cosiddette batterie «second life» possono aiutare a compensare i picchi energetici dell’energia eolica. (AUDI)
Tra le altre cose, le cosiddette batterie «second life» possono aiutare a compensare i picchi energetici dell’energia eolica. (AUDI)

Anche in questo caso, l’idea è che l’impianto di stoccaggio a batteria possa aiutare a bilanciare gli alti e bassi nella rete elettrica. Il presupposto è il seguente: le svolte in termini di energia e di trasporti vanno di pari passo.

Utilizzato anche nel proprio centro eventi

Logicamente, Audi sfrutta le batterie non più utilizzate per il traffico stradale non solo per gli altri, ma anche per se stessa: ad esempio nell’Audi Brand Experience Center dell’aeroporto di Monaco di Baviera.

Già a un primo sguardo, altre applicazioni sembrano essere al centro dell’attenzione: i visitatori possono ammirare le celle solari, 1650 delle quali forniscono energia elettrica a uno dei più grandi parchi di ricarica d’Europa. Un altro vantaggio dell’edificio, che funge da centro di formazione e location per eventi, è il suo concetto energetico basato sull’energia geotermica.

Celle solari sulla vetrata all’Audi Brand Experience Center presso l’aeroporto di Monaco. (AUDI)
Celle solari sulla vetrata all’Audi Brand Experience Center presso l’aeroporto di Monaco. (AUDI)

L’energia solare prodotta corrisponde al consumo di elettricità di dieci famiglie composte da quattro persone. Ma come si immagazzina questa energia? Grazie a due impianti di stoccaggio a batteria, creati utilizzando vecchie batterie di veicoli.

Questo è solo l’inizio

Molti esempi di batterie «second life» possono essere fatti risalire agli ultimi dodici mesi: l’Audi Brand Experience Center, ad esempio, è stato presentato alla fine del 2019. Ciò dimostra che la ricerca e i risultati in quest’ambito stanno prendendo sempre più piede. Quali possibilità offriranno le batterie usate per auto nel giro di cinque o dieci anni? Staremo a vedere.

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