Auto elettriche – Il Cobalto, ne sai abbastanza?

Premessa: questo articolo non ha lo scopo di una denuncia, ma quello di informarvi su questo materiale, quale lavoro ci sia dietro l’estrazione e il suo impiego verso la sostenibilità.

Tutti nel 2020, chi più chi meno, utilizza uno smartphone o un dispositivo digitale o possiede una vettura.

E tutti quando parliamo di dispositivi elettronici impazziamo per la scarsa durata delle batterie al litio. Non tutti però sanno che le batterie che alimentano cellulari, tablet, pc e altri, sono prodotte con il ottenuto spesso attraverso il lavoro sottopagato e disumano di adulti e bambini nelle miniere della Repubblica democratica del Congo (Rdc).

Amnesty International e Afrewatch hanno condotto un’indagine da cui emerge come Apple, Samsung e Sony non controllino a dovere che il cobalto usato nei loro prodotto venga estratto con il rispetto dei diritti umani e non venga fatto attraverso lo sfruttamento minorile, secondo le loro fonti.

Il rapporto, intitolato “Questo è ciò per cui moriamo: Abusi dei diritti umani in Rdc alimentano il commercio globale di cobalto” ripercorre il lavoro di estrazione di cobalto, dove vengono impiegati uomini e bambini sotto i 7 anni, un lavoro in condizioni insicure, dannose per la salute, un lavoro fatto in pieno sfruttamento, un lavoro che passa attraverso la lavorazione per ottenere le batterie, per poi usarle nei prodotti dei brand che troviamo nei negozi.

Ad oggi, più della metà della fornitura mondiale di cobalto proviene dalla Rdc. Le autorità congolesi affermano che il 20% del cobalto estratto, viene ricavato manualmente con un processo chiamato “estrazione artigianale e su piccola scala”. Il resto viene estratto industrialmente da aziende cinesi.

La salute di questi piccoli lavoratori si aggrava in molteplici maniere, dai problemi respiratori (asma e riduzione polmonare) ai crolli delle miniere che comportano menomazioni fisiche, paralisi e possono terminare con la drammatica morte di queste persone.

Ma a cosa serve il cobalto? Cos’è?

Il cobalto è un minerale bianco-argenteo, ferromagnetico, molto duro. Ha proprietà fisiche simili al ferro e al nichel. È un minerale malleabile a caldo e ha una permeabilità magnetica relativa al ferro. Bolle a circa 3000° e fonde a 1495°.

Viene estratto in miniera, infatti esso è un minerale e quelli principali sono cobaltite, eritrite, glaucodoto e scutterudite.

Il cobalto ed i suoi Sali vengono principalmente usati per realizzare alcune leghe e superleghe resistenti all’usura e alle alte temperature.

Impiego del cobalto:

• Leghe metalliche: sono leghe che resistono alla corrosione e all’usura. Vengono impiegate per la realizzazione di turbine per motori d’aereo o per utensili ad alta velocità.
• In lega con ferro e nichel: vengono creati magneti e supporti per registrazioni.
• Catalizzatori: per le industria petrolchimica e chimica.
• Elettrodi per batterie d’auto.
• Batterie dei dispositivi elettronici

Ed è proprio di questi due ultimi punti che vorremmo parlarvi.

Una delle capacità del cobalto è quella di estendere la durata delle batterie al litio. Questo dipende dall’autonomia delle auto elettriche ed è un elemento indispensabile per realizzare il catodo, ossia il polo negativo della batteria.

Pensate alla batteria di uno smartphone. All’interno vi sono dai 5 ai 10 grammi di cobalto, mentre quella di una vettura elettrica ne contiene diversi chilogrammi.

Precisiamo che le batterie al litio delle auto elettriche non sono tutte uguali, quelle di cui noi vogliamo parlare sono:

• LCO Batterie all’ossido di cobalto (LiCoO2)
• NMC Batterie all’ossido di nichel Manganese e Cobalto

La prima (LCO) è la più diffusa su smartphone, pc e fotocamere digitali. E’ formata da un catodo in ossido di cobalto (in cui scorrono gli ioni di litio) e un anodo in grafite.

Durante il funzionamento, gli ioni di litio si spostano dall’anodo al catodo, mentre quando è in carica, il flusso si inverte.

Questo tipo di batteria ha però dei difetti:

o   Hanno una vita corta

o   Una bassa stabilità termica

o   Una bassa potenza specifica.

Questo tipo di batteria è soggetta al fenomeno del SEI (solid electrolyte interface) ossia al deposito sull’anodo di uno strato di litio solito che ne aumenta la resistenza a causa di ricarica rapida a basse temperature.

Questo tipo di batterie non andrebbe caricata e scaricata ad una corrente superiore a quella delle sue celle.

Ad esempio? Se la cella è da 2,4 mAh bisognerà caricare e scaricare a 2 mAh.

Nelle batterie più moderne, di questo tipo, sono stati aggiunti nichel, manganese e alluminio. Il motivo? Migliorarne la durata e abbassarne i costi.

Inoltre la batteria al litio e cobalto si sta ritirando a favore della litio-manganese, in quanto ci sono diversi problemi con il cobalto (modalità di estrazione e costi).

La seconda (NMC) è la chimica più usata sulle batterie delle auto elettriche.

Questo tipo di “lega” ha avuto un grande successo grazie al catodo in nichel, manganese e cobalto, che permette di ottimizzare la batteria o per fornire la massima energia possibile o la massima potenza.

Una batteria 18650 può fornire 2800 mAh e può essere attraversata da una corrente di 4/5 A, oppure 2000 mAh, con una corrente di 20 A.

Se si applica il silicio sull’anodo, la capacità può arrivare a 4000 mAh, ma questo comporta una riduzione della capacità e della vita della batteria.

Le batterie NMC possono presentare una combinazione di 1-1-1 ossia una parte di nichel, una di manganese e una di cobalto, oppure 5-3-2.

I costruttori di batterie stanno cercando di ridurre il cobalto a beneficio del nichel.

Questo nuovo tipo di batterie sono usate nella trazione e nello storage, in quanto sono adattabili a diversi impieghi, ottenute dalla combinazione di nichel e manganese.

Con l’impiego di batterie elettriche l’uomo si sta avviando verso un percorso di sostenibilità e rispetto per l’ambiente. Ne è un esempio la Svizzera con la sua quota di auto ad energia pulita.

Ma è davvero così?

In realtà è un po’ più complicato.

Uno studio, condotto da Brian Cox e Christian Bauer del Paul Scherrer Institute (PSI) di Villigen (Ag), ha dimostrato che le auto elettriche sono l’opzione più sostenibile a lungo termine.

Questi sono i risultati:

Auto elettrica
122,2 grammi di CO2 nel 2018 (89,2 dalla produzione, 33 dal carburante)
101,4 grammi di CO2 nel 2040

Diesel
233,8 grammi di CO2 nel 2018 (64,9 dalla produzione, 168,9 dal carburante)
166,7 grammi di CO2 nel 2040

Benzina
293,7 grammi di CO2 nel 2018 (64 dalla produzione, 229,7 dal carburante)
194,8 grammi di CO2 nel 2040

Questi dati affermano che le auto elettriche sono meno ecologiche nella produzione rispetto a quelle a benzina e diesel, ma compensano con i gas di scarico non emessi.

Per i ricercatori questo è un aspetto fondamentale, meno emissioni significa aria più pulita e meno inquinamento causato dalle vetture.

L’aspetto più controverso, oltre al cobalto, è quello del riciclo delle batterie.

Al momento il problema ancora non si pone, però i più attenti si domanderanno cosa succederà tra 10/15 anni quando ci troveremo a gestire il riciclo di questi accumulatori.

L’impatto in parte sarà rimandato grazie al riutilizzo delle batterie come per la gestione dei carichi di rete.

Molti laboratori, anche in Italia, si stanno attrezzando per studiare come dare una seconda vita a queste batterie e come riciclarle nel massimo rispetto dell’ambiente, soprattutto se consideriamo che estrarre, separare e smaltire i singoli elementi è un lavoro abbastanza difficile.
Le attuali tecnologie per il riciclaggio delle batterie consentono di abbattere l’inquinamento ma ad un prezzo salato che può arrivare fino a 5€ al kg.

La durata media delle batterie presenti su un auto elettrica è attorno ai 160.000 Km oppure 8/10, come per i nostri smarphone dipende moltissimo dall’uso corretto che se ne fa.

Essere ecologisti costa caro, sia nell’acquisto della vostra nuova auto elettrica che nel mantenimento a lungo termine, in Italia il costo della ricarica, presso una colonnina, di auto come una Hyundai Kona kWh può variare da 6,4€ con una tariffa davvero agevolata Duferco a 32€ con una tariffa Enel X e fino a 50 euro con Ionity. Per una ricarica a domicilio parliamo di costi superiori per via delle dispersioni dell’impianto e molti altri fattori incidenti.

Probabilmente ad oggi l’unica tecnologia in Italia che permetta veramente di essere più green e rimanendo in costi non proibitivi è l’ibrido, che inquina meno di un benzina e più di una elettrica, ma mantiene bassi costi di esercizio fino al momento di sostituire le batterie, il cui il costo varia tra i 1000€ fino a 6000€.