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I materiali delle green economy: il litio

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Litio: produzione e riserve a livello mondiale
Applicazioni del Litio
Smalto, ceramica, vetro

Batterie primarie

Batterie secondarie (ricaricabili)

Grassi e lubrificanti

Alluminio

Siderurgia

Trattamento aria

Gomma e termoplastica

Farmaceutici

Altre applicazioni

Conclusioni

Le misure adottate dalle maggiori economie mondiali – USA e UE in testa – per affrancarsi dalla dipendenza del petrolio e contrastare così le emissioni in atmosfera di gas ad effetto serra garantendo una maggiore sicurezza degli approvvigionamenti, puntano su tre cardini fondamentali: il risparmio e l’efficienza energetica, lo sviluppo delle energie rinnovabili e il drastico contenimento dell’impiego di fonti primarie fossili. L’uscita dall’era del petrolio, anche spinta dal progressivo esaurimento di giacimenti a basso costo di sfruttamento, occuperà un periodo di tempo di oltre 20 anni. Nel corso di questo periodo si andranno ad affermare nuove tecnologie, nuovi sviluppi industriali, nuovi modelli socio-economici maggiormente sostenibili, nonché nuovi equilibri geopolitici su scala planetaria. Le implicazioni che tali sconvolgimenti comportano sulle società, sulle economie, sui rapporti tra Stati e sull’evoluzione del tessuto industriale ed imprenditoriale non sono ancora sufficientemente esplorate o comprese. Tanto meno sono colte nella loro interezza come opportunità di ulteriore sviluppo. In particolare, restano da ben definire le modalità e le dinamiche di passaggio alla Green Economy. Nel precedente articolo pubblicato su Energheia, si è voluto evidenziare come le nuove tecnologie e gli sviluppi di punta facciano necessariamente ricorso ad una serie di materiali, basati sulle terre rare, con impieghi molteplici in settori strategici, in campo civile e militare, in applicazioni specialistiche e in applicazioni di massa. Le terre rare rivestono di fatto un ruolo primario, in quanto la loro produzione e gli sviluppi applicativi e industriali condizioneranno, a vari livelli, gli assetti futuri del pianeta. Un altro elemento chimico, strettamente collegato alla Green economy, è il Litio, destinato ad affiancarsi alle terre rare per importanza strategica negli sviluppi industriali post-petrolio. Rispetto a quei materiali, la produzione di Litio è maggiormente ripartita nel mondo, con forti concentrazioni in alcuni siti naturali privilegiati di grande entità. Come già constatato per le terre rare, anche l’impiego del Litio investe numerosi prodotti e processi in diversi settori sia civili che militari.

L’elevato potenziale di crescita negli anni a venire della produzione del Litio è tuttavia strettamente correlato, con riferimento alle politiche energetiche adottate a livello dell’Unione europea e internazionale, a due applicazioni precise delle batterie ricaricabili: – nel settore dei trasporti: lo sviluppo di mezzi di trasporto a bassissime emissioni di CO2 o a emissioni zero, consente il passaggio dall’auto con motore a combustione interna all’auto elettrica che richiede batterie leggere, ricaricabili in tempi non penalizzanti, di ingombro ridotto e in grado di assicurare una autonomia minima compatibile con un uso quotidiano in città (120-150 km) e, possibilmente, per spostamenti di media entità (400-600 km); – nel settore dell’accumulo e distribuzione di energia elettrica: l’utilizzo del Litio avviene attraverso lo sviluppo di batterie di accumulo di grande capacità da associare ad impianti di produzione di energia rinnovabile di natura discontinua (energia fotovoltaica, energia eolica) e da utilizzare in reti di distribuzione locali (smart grids) dell’energia elettrica.

Il passaggio all’auto elettrica, la cui entrata sul mercato è tenacemente ostacolata dalle società petrolifere fin dagli anni ‘70 [1], segna di fatto la transizione dall’economia Carbon based alla Green economy. Il Litio e le terre rare sono semplicemente la chiave, l’indispensabile enabling factor, che apre la porta a questo significativo passaggio verso il nuovo millennio.

Litio: produzione e riserve a livello mondiale
Il Litio, elemento leggero con numero atomico Z=3 e peso atomico 6,941 uma [2], è il più leggero dei metalli alcalini ed è di conseguenza caratterizzato da una elevata reattività. Non esiste libero in natura. E’ rintracciabile, invece, in rocce ignee (minerali di lepidolite, di petalite, di spodumene, di ambligonite), nelle sorgenti naturali e soprattutto nei laghi salati. Il Litio naturale è costituito da due isotopi stabili, 7Li (92,5%) e 6Li (7,5%). Quest’ultimo è impiegato, in particolare, per realizzare processi di fusione termonucleare sfruttando le reazioni [ 6Li + n –> 4He + T + 4,8 MeV; 6Li + D –> 2 4He + 22,4 MeV]. Il Litio si ossida in aria per dare l’ossido di Litio e reagisce con l’acqua formando LIOH e liberando idrogeno. Brucia a temperature di circa 100°C ed è quindi facilmente infiammabile. I suoi sali (carbonato di Litio, solfato di litio monoidrato, ecc.) sono analoghi ai sali di Sodio e di Magnesio. Da un punto di vista fisico, il Litio è caratterizzato da una densità molto bassa (0,534 g/cm3) e da un calore specifico più elevato di qualsiasi altro elemento solido (3.582 J/kg.K a 300°K). Il Litio ha un singolo elettrone di valenza che può perdere facilmente.

Il più grande giacimento di Litio: Il Salar di Uyuni in Bolivia Energheia_litio1

Produzione di Litio nel 2009
Paese produttore Produzione (T) 2005 Produzione (T) 2009
Argentina 1.980 2.200
Australia 3.770 4.400
Bolivia
Brasile 242 110
Canada 707 480
Cile 8.270 7.400
Cina 2.820 2.300
Portogallo 320 490
Russia 2.200 dato non disponibile
Stati Uniti
Zimbabwe 260 350
Produzione mondiale 20.600 18.000

 

Si può notare come per effetto della crisi economica del 2008, vi sia stata nel 2009 una recessione della produzione di litio, praticamente ai livelli del 2005: i dati 2009 infatti non conteggiano l’apporto della Russia, che può essere considerato in prima approssimazione costante. L’altra osservazione importante riguarda la Bolivia: nonostante questo paese del Sudamerica disponga delle maggiori riserve mondiali, non ha di fatto avviato la produzione industriale di Litio (presso il sito di Uyuni esiste solo un impianto pilota con una produzione di circa 40 tonnellate l’anno di Litio). Le caratteristiche del giacimento (altitudine, mancanza di infrastrutture e di logistica, qualità delle salamoie con alto rapporto Mg/Li) costituiscono un ulteriore vincolo allo sfruttamento del sito. Il governo boliviano, inoltre, ha nazionalizzato i giacimenti e rifiuta concessioni a società estere. In ambito europeo, invece, nel corso del 2010 la Nordig Mining dovrebbe inoltre rendere operativo uno stabilimento di produzione di Carbonato di Litio [4] da 4.000 t/anno, sfruttando il deposito di Lantta nella Finlandia Occidentale. Si deve infine notare che mentre il Cile e l’Argentina traggono la totalità del Litio dalle salamoie [5], modalità più economica ma che richiede specifiche tecnologie di preparazione e di processo, la Cina ha finora operato sfruttando principalmente il prodotto minerario, soprattutto Spodumene, anche di importazione dall’Australia. È così che circa il 75% della produzione cinese di Litio, secondo gli operatori, è ottenuta da minerale. La situazione, tuttavia, è destinata a cambiare nei prossimi anni con il maggiore sfruttamento dei laghi salati del Tibet: qui il Litio è in produzione dal 2005 presso il lago salato di Zabuye [6], nei laghi del bacino del Qaidam nello Qinghai e con l’incremento della produzione dei depositi di Aba nello Sichuan. La Cina ha inoltre espresso la volontà di effettuare i necessari investimenti all’estero per assicurarsi la disponibilità e il controllo della materia prima e per assumere un ruolo di Leadership a livello internazionale nella supply chain del Litio. La produzione della fonte primaria di Litio, espressa come carbonato di Litio, si suddivide attualmente tra pochi operatori globali operanti su scala mondiale:

Energheia_litio_torta

La valutazione delle riserve mondiali di litio è oggetto di discussione tra gli esperti e gli operatori economici. I dati forniti sono sovente contraddittori, parziali e non aggiornati. Si distingue inoltre tra riserve che per entità dei giacimenti si prestano a immediato sfruttamento economico e riserve di cui si conoscono le potenzialità, ma che richiedono specifici investimenti aggiuntivi, di cui non è ancora stata valutata adeguatamente l’economicità. Ad esempio, le stime fornite dallo United States Geological Survey – le uniche emanate da un ufficio governativo – indicavano nel 2009 una prudente stima complessiva di 9,9 milioni di tonnellate per le riserve mondiali di Litio, sottostimando l’apporto dell’America del Nord (USA e Canada), della Cina, e omettendo i giacimenti della Bolivia. Una revisione del 2010 valuta le stime mondiali a 25,5 milioni di tonnellate, cifra peraltro contestata da diversi esperti che forniscono invece valutazioni comprese tra 30 e 45 milioni di tonnellate. Tali discrepanze fanno ritenere che l’entità delle effettive risorse dei vari paesi in questo settore sia un dato sensibile, in grado di influenzare tra l’altro l’andamento dei mercati. Ne risulta il seguente quadro conservativo:

Energheia_litioTAB_torta Localizzazione delle riserve mondiali di Litio (valutazioni 2010)

Applicazioni del Litio
Il mercato della domanda di Litio è dominato dallo sviluppo delle applicazioni industriali. Lo si può sintetizzare nella figura che segue, dove sono indicate le principali applicazioni correnti che fanno ricorso all’impiego del Litio:energheia_litioUSI_torta

Tale fotografia non coglie peraltro lo sviluppo che si preannuncia con l’entrata in scena dell’auto elettrica, a copertura di quote significative del parco automobilistico: un 5%, ipotizzano gli analisti, delle flotte in circolazione, con un incremento dei consumi di Litio di oltre il 50% nei prossimi 5 anni.

Smalto, ceramica, vetro
L’uso del carbonato di Litio nell’industria del vetro, delle ceramica e dello smalto è ancora l’applicazione dominante del consumo mondiale di Litio. Il processo sfrutta la benefica formazione di LIO2 nella matrice, in grado di abbassare il punto di fusione, la viscosità e l’espansione termica. Un ulteriore beneficio è costituito del miglioramento della densità e della lavorabilità. Una applicazione ben nota nel settore del vetro riguarda, ad esempio, la fabbricazione di pirofile e tegami da cucina in vetro temperato, resistenti alla fiamma, al calore e agli shock termici. La fabbricazione di cristalli ottici di altissima precisione per telescopi richiede materiali con coefficienti di dilatazione lineare molto bassi, ottenibili con aggiunte di Carbonato di Litio nel cristallo. Oltre al Carbonato di Litio, sono utilizzati per applicazioni speciali in campo ottico altri sali di Litio (Cloruri, Fluoruri, Fosfati, Solfati, Silicati).

Batterie primarie
Sono ben note le applicazioni del Litio e dei suoi composti nelle batterie primarie, non ricaricabili, sia come materiali anodici per pile ad elevata densità di energia, sia come elettroliti. Le pile al Litio hanno anodo in Litio metallico o in un composto con Litio, mentre l’elettrolita è basato su un sale di Litio (cloruro, bromuro, perclorato, ecc). Per il catodo viene comunemente usato biossido di Manganese. La formulazione dei materiali elettrodici e la tecnologia di cella adottata hanno consentito di realizzare pile ad elevata densità di energia, per esempio al Litio-tionilcloruro. Queste pile hanno impieghi universali, sempre più diffusi, negli elettrodomestici, elettronica di consumo, orologi e dispositivi digitali. Lo sviluppo in materia è stato concentrato sulla riduzione dei costi e sull’incremento dell’energia immagazzinata per consentire maggiori durate.

Batterie secondarie (ricaricabili)
Le tecnologia delle pile al Litio è ormai ben consolidata da oltre quindici anni e si è evoluta con lo sviluppo di pile ricaricabili Li-ion (per esempio le pile stilo AA e AAA), che adottano come catodo ossidi metallici al Litio (pile LCO, con ossido di Cobalto e litio LiCoO2; LiNiO2, ecc). Nelle pile ricaricabili Li-ion, il Litio è inoltre un costituente dell’elettrolita e trova anche impiego in certe formulazioni di anodi (ad esempio anodi in grafite LiC6). Solo recentemente le batterie ricaricabili al Litio stanno entrando nel settore della mobilità (batterie per auto, batterie per biciclette e scooter elettrici) e nelle applicazioni di accumulo dell’energia per i settori industriali. Dette applicazioni richiedono tipicamente la disponibilità di maggiori quantità di energia, tipicamente 250 Wh–50 kWh. Considerazioni ambientali e di sicurezza hanno portato a sostituire i catodi LCO con materiali non tossici come il Cobalto e in grado di assicurare una buona stabilità termica: si tratta dei catodi a base di fosfati di Litio e Ferro (batterie LFP con catodo in LiFePO4). Si sono così sviluppate batterie di densità di energia paragonabile a quella delle tradizionali batterie Piombo-Acido e Nichel-Cadmio, ma a maggior sostenibilità ambientale. Nel contempo sono state anche sviluppate batterie al Litio polimeriche (LMP) che consentono maggiori densità energetiche gravimetriche.Energheia_litio4

 Evoluzione della tecnologia delle batterie ricaricabili

Il particolare interesse che riveste lo sviluppo di batterie ad elevata densità energetica (volumetrica e gravimetrica) riguarda le loro applicazioni nel settore delle mobilità e dell’enorme mercato che vi è connesso. Già oggi vengono prodotte annualmente in Cina oltre 20 milioni di biciclette elettriche (si stima una flotta circolante di circa 100 milioni di unità), che impiegano batterie di potenza compresa tra 250 e 600 W, assicurando una velocità fino a 40 km orari [7] e una autonomia media di circa 40-60 km. L’auto ibrida è ormai entrata nei listini di varie case automobilistiche: i primi progetti di auto elettriche hanno superato la fase di sperimentazione avanzata e si stanno affacciando sul mercato. La Tesla Roadster prodotta in California, prima auto totalmente elettrica, monta su uno chassis Lotus un motore elettrico alimentato da 6831 batterie Li-ion che sviluppano una potenza di ben 200 kW (4 secondi da 0 a 100 km/ora). L’energia di 56 kWh assicura una autonomia massima di 340 km. Il tempo di ricarica del pacco batterie, con un’alimentazione da 220 V, viene indicato in 3,5 ore. È ora in prova la berlina Tesla modello S, dotata di sette posti, una autonomia di 480 km e un tempo di ricarica di 45 minuti. Le prime consegne sono previste nel 2012.

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Tesla Roadster 2.5 Pacco batterie (500 kg, 56 kW) Costruzione del pacco batterie

La Citroen e la Mitsubushi hanno da parte loro realizzato per il mercato europeo la C-Zero, presentata recentemente, dotata di batterie tipo Li-ion: in tutto 88 pile (peso complessivo 130 kg) per un totale di 16 kWh e una potenza sviluppata di 47 kW. L’auto dovrebbe avere un’autonomia di 160 km. Il tempo di ricarica è di 6 ore con un’alimentazione da 220 V che si riduce a circa 1 ora con un’alimentazione trifase a 380V. Il motore e le batterie sono quelle sviluppate nel 2007 per l’auto elettrica della Mitsubishi i MiEV, già commercializzata in Giappone.

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Citroen – Mitsubishi C-Zero Mitsubushi i MiEV Motore e batterie i MiEV

La Generals Motors, invece, ha sviluppato la Chevy Volt adottando un motore elettrico a batterie Li-ion da 16 kWh, con autonomia di 60 km, ricaricabile da un motore a benzina 1,4 litri da 80 hp.

Gli esempi presentati sono solo indicativi dalla fase di sviluppo iniziale dell’elettrificazione dei trasporti. Se gli aspetti di sicurezza sembrano essere stati garantiti, le auto poste sul mercato sono ancora lungi dall’essere competitive (la C-Zero verrebbe commercializzata ad un prezzo di vendita pari a tre volte quello della C1) e le loro prestazioni, in particolare l’autonomia e il tempo di ricarica, presentano dei seri limiti. Ciò nonostante gli obiettivi di riduzione dei gas serra e quelli di sostenibilità urbana porteranno ad una penetrazione certa dell’auto elettrica, dapprima in segmenti di nicchia (auto pubbliche, taxi, auto di servizio, auto in leasing) e quindi verso un più vasto pubblico, in particolare se un regime di sovvenzioni pubbliche incentiverà o detasserà questi mezzi di trasporto verdi. Nei programmi USA, è prevista una penetrazione di massa di auto elettriche tra il 2020 e il 2030. Non a caso, la risposta del governo americano alla crisi dell’auto è stata quella del rilancio dei veicoli elettrici e ibridi, con consistenti aiuti di Stato, anche per contenere la crescente competizione giapponese e cinese nel settore. Gli studi di mercato per le auto elettriche a livello globale assumono uno scenario di riferimento con una penetrazione dei veicoli elettrici e ibridi del 5% al 2020, e uno scenario estremo a quota 10%. Considerato che la domanda complessiva di Litio per ogni autovettura, espressa come Carbonato di Litio equivalente (LCE) [8] in riferimento alla tecnologia adottata (auto ibride con batterie NiMH, auto ibride con batterie Li-ion, auto elettriche) si attesta mediamente tra 2 e 15 kg, sulla base dello scenario di penetrazione delle auto elettriche si ricava la curva di domanda di Carbonato di Litio fino al 2020 indotta dal solo settore auto.

energheia_litio11 Fonte: The Lithium Market: 2009 Review and Outlook, Roskill, 2009 Nota. EV: Electric Vehicle; PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle; HEV: Hybrid Electric Vehicle.

Altre fonti – ponendo per il settore batterie auto una equivalenza complessiva (EV, HEV, PHEV) di 0,6 kg di LCE/kWh e considerando anche le batterie al Litio destinate all’elettronica di consumo, ai telefonini e ai notebook – arrivano a stime alquanto più conservative, che comportano comunque un raddoppio della domanda di batterie al Litio nei prossimi 5 anni.

energheia_lce Fonte: Rockwood Holdings Inc., Chemetall Statement Lithium Applications and Availability, July 2009

Grassi e lubrificanti
L’introduzione dei Lubrificanti al Litio (Stearato di Litio) risale agli anni ‘30 e ‘40, anche se occorrerà aspettare fino agli anni ’60 prima che si diffondano sul mercato i grassi al Litio. In tutti i paesi i grassi al Litio, convenzionali (Li Conv.) o complessi (Li Comp.), coprono oggi oltre l’80% della produzione di grassi minerali. In questo settore la domanda di LIOH – composto base per la fabbricazione di grassi e lubrificanti minerali al Litio, particolarmente resistenti alle alte temperature fino ad oltre 200°C – comporta una domanda di Litio metallico valutabile per il 2010 a circa 2.500 tonnellate, con un andamento in crescita del 3-4% annuo.

Alluminio
Il Carbonato di Litio è impiegato nel processo di fusione dell’Alluminio, mediante riduzione elettrolitica di un bagno fuso di allumina (Al2O3) con elettrodi di Carbonio, liberando CO2 (Processo Hall–Héroult). L’aggiunta di Litio al bagno di fusione abbassa la temperatura del bagno, ne aumenta la conducibilità elettrica e riduce le emissioni. L’effetto del Litio è anche di diminuire il consumo di energia elettrica richiesta dal processo di fusione. A fronte di una produzione mondiale di Alluminio che tocca i 50 milioni di tonnellate e mantiene un ritmo medio di crescita annua di oltre il 5%, con un maggiore sviluppo in Cina, la domanda di Litio per questo settore si attesta attualmente sulle 1.500 tonnellate/anno, con una crescita annua del 3-5%. Nel grafico una previsione di andamento della domanda di Alluminio al 2030 per i diversi settori di utilizzazione. (Trans:Trasporti; CON: Costruzioni ed Edilizia; PACK: Packaging; ENG: Ingegneria; Altri).

Siderurgia
Il Litio, sotto forma di minerale di Litio (Spodumene) o di Carbonato di Litio Li2CO3, viene utilizzato in siderurgia nella fusione del ferro, della ghisa e dell’acciaio, e nel processo di colata continua dell’acciaio. Il Litio ha infatti un’azione lubrificante, riduce le perdite di calore ed esplica una funzione protettiva prevenendo l’ossidazione superficiale delle impurezze nel processo di colata del ferro, della ghisa e degli acciai negli stampi. Poiché il fabbisogno di Litio per la siderurgia è valutato attualmente a circa 1.000 tonnellate/anno con una crescita media annua di 3-4%, si prevede al 2015 una domanda di circa 1.300 tonnellate/anno.

Trattamento aria
Diversi composti chimici al Litio sono utilizzati nel trattamento e condizionamento dell’aria. Si può citare in particolare il Bromuro di Litio che viene impiegato in soluzioni concentrate al 55% come materiale assorbente nei sistemi di refrigerazione industriali, sfruttando il calore latente che caratterizza la transizione tra fase liquida e fase vapore. Il ciclo può essere ripetuto indefinitamente grazie alla grande stabilità del bromuro di Litio. Per il controllo dell’umidità con sistemi industriali e per sistemi di essicazione si impiega invece il Cloruro di Litio, che presenta anche il vantaggio di distruggere eventuali microorganismi e batteri. Le soluzioni considerate sono peraltro corrosive: occorrerà pertanto aggiungere inibitori di corrosione come Cromati, Nitrati o Molibdati di Litio. Infine, in applicazioni speciali, per esempio il trattamento dell’aria in sistemi chiusi (sottomarini, capsule spaziali), l’Idrossido di Litio è impiegato per rimuovere l’Anidride Carbonica. La domanda complessiva di Litio per questo settore è stimata in circa 1.300-1.500 tonnellate/anno.

Gomma e termoplastica
L‘applicazione più diffusa del Butil-Litio, noto iniziatore delle reazioni di polimerizzazione anionica, riguarda la sintesi di numerosi tipi di gomme sintetiche e di materie plastiche, in particolare le plastiche termoindurenti. Tra gli impieghi più conosciuti si ricorda la produzione di copolimeri (SBS), stirene-butadiene-stirene, utilizzati nella fabbricazione delle scarpe. Questi elastomeri sono impiegati anche come additivi del polistirene nella preparazione del bitume per i tetti e le strade (migliora la resistenza) e come adesivi. I polimeri con contenuto di stirene superiore al 70% assumono proprietà plastiche e sono impiegati in componenti medicali, giocattoli, packaging per prodotti alimentari e casalinghi. Il settore delle gomme sintetiche e delle materie plastiche assorbe una consistente quantità di Carbonato di Litio, che attualmente si colloca sulle 800 tonnellate/anno di Litio metallico equivalente. La domanda di Litio per il settore della gomma e della termoplastica, ora in crescita del 4-6%/anno, nel 2015 si prevede sarà compresa tra 1.000 e 1.300 t/anno.

Farmaceutici
Il Litio viene utilizzato specialmente per la preparazione delle vitamine e degli steroidi. Alcuni Sali di Litio costituiscono i principi attivi utilizzati dall’industria farmaceutica nel trattamento delle malattie maniaco-depressive. Il principale prodotto in merito è costituito dal Carbonato di Litio. La domanda di Litio nel settore raggiunge oggi le 450 tonnellate/anno e tende a crescere, fino a raggiungere nel 2015 un valore di circa 600 tonnellate/anno.

Altre applicazioni
Il Litio trova impiego in numerose altre applicazioni del settore delle costruzioni (additivi per cementi rapidi e mortai, adesivi a base di cemento), nelle fabbricazione di vernici e pigmenti colorati, in chimica organica, nel trattamento delle acque, nella fabbricazione di leghe leggere speciali per il settore aerospaziale, nella realizzazione di guide d’onda basate sul Niobato di Litio. La domanda complessiva annua in questo comparto, pari oggi a 2.200 tonnellate, si prevede raggiungerà le 3.000 tonnellate/anno nel 2015.

Conclusioni
Il Litio viene estratto da diversi depositi, abbondanti in natura e attualmente sfruttati solo in minima parte. Tali depositi sono localizzati in America, specie nelle regioni andine, in Asia, in Australia, e in misura minore in Africa ed Europa. Solo un numero ristretto di grandi operatori, in grado di praticare strategie d’intervento a livello globale, sono presenti nel settore industriale dell’estrazione e della produzione dei composti commerciali del Litio. Gli sviluppi in corso sono tesi a garantire un’elevata qualità del prodotto lavorato (costituito principalmente da Carbonato di Litio e da Idrossido di Litio), la riduzione dei consumi di energia elettrica e di acqua, la riduzione dei costi di produzione e il controllo dell’impatto ambientale. Dati i numerosi impieghi che trova il Litio nei diversissimi settori industriali sommariamente analizzati, si rileva una costante crescita del fabbisogno di questa materia prima fino ad un possibile raddoppio, nel 2015, della domanda odierna. Questa crescita è trainata dallo sviluppo di batterie al Litio per biciclette e auto elettriche, che si prevede dia luogo ad una lievitazione dei fabbisogni di Litio di oltre il 15% l’anno, mentre gli altri settori industriali rimangono caratterizzati da crescite minori, seppur significative, attestate sui 4-6% l’anno. Di fatto, gli obiettivi di sostenibilità e mobilità urbana con emissioni ridotte di CO2, promossi a livello internazionale dalle principali economie mondiali (USA, UE, Giappone, Cina) per limitare l’impiego dei combustibili fossili nel settore dei trasporti, puntano quasi esclusivamente sull’auto elettrica o ibrida (l’opzione dei biocombustibil è stata sensibilmente ridimensionata). Per questi Paesi si tratta anche di creare un nuovo mercato in grado di assorbire la persistente crisi del settore auto. L’importanza del Litio deve essere considerata alla luce della catena complessiva di prodotto, prendendo in considerazione le singole applicazioni industriali. In particolare, quelle per le quali il Litio è un elemento essenziale nel processo di fabbricazione di componenti chiave, come le batterie per autovetture elettriche e le batterie per sistemi di accumulo di energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili di natura discontinua. L’obiettivo emissioni-zero – o comunque la drastica limitazione che si prospetta nelle emissioni di CO2 degli autoveicoli – presuppone il passaggio deciso dall’alimentazione tradizionale a base di Carbonio ad una alimentazione carbon free, cioè dal motore a combustione interna al motore elettrico. Solo le batterie ricaricabili a più alta densità di energia consentono lo sviluppo di una tecnologia sostitutiva del motore a scoppio. Altrimenti detto, solo il ricorso al litio può rendere attuabile un progetto di mobilità sostenibile a basso impatto ambientale. Analogamente l’architettura di sistemi di produzione di energia elettrica basati su fonte eolica e solare richiede, per migliorare la stabilità della rete, dispositivi di accumulo per supplire alla variazione dell’intensità della fonte primaria. Dispositivi in gran parte basati su batterie di grande capacità. Allo stato delle conoscenze, il Litio risulta uno degli elementi chiave, se non l’unico, per l’utilizzazione delle energie rinnovabili e per la mobilità sostenibile. Questo spiega la sua valenza strategica in tema di Green Economy.

 

Autore: Prof. Vittorio Regis, Presidente di Evalue Srl Libero Docente in fisica nucleare, ha diretto un centro di ricerca industriale operante nel settore dei materiali, delle tecnologie energetiche e dell’ambiente. In contatto con le Istituzioni europee, si occupa attualmente della valorizzazione dell’innovazione scientifica e tecnologica e del suo trasferimento sul mercato.

E-mail: vittorio.regis@evalue.it

Note

[1] Risale a quegli anni un progetto promosso negli Stati Uniti dal Department of Energy, che riuniva i principali produttori automobilistici americani, grandi società High tech, come la General Motors e la General Electric, e i principali Laboratori di ricerca degli Stati Uniti.
[2] uma: Unità di massa atomica
[3] Dati USGS, United States Geological Survey, Mineral Commodities Summaries, January 2010. I valori sono espressi come tonnellate di Litio metallico
[4] Produzione basata sulla disponibilità di circa 800 T/anno di Litio metallico.
[5] In Cile la produzione è concentrata nel deposito di Acatama, dove è localizzata la seconda riserva mondiale. In Argentina vengono sfruttate numerose saline: Salar del Hombre Muerto, Salinas Grandes, Salar de Olaroz.
[6] Si ha anche notizia di una joint venture di Sterling Group Ventures (USA) con società locali in Tibet per lo sfruttamento del lago salato di Dangxiongcuo (DXC) nel distretto di Naqu, con produzione di 5.000 T/anno di carbonato di Litio al costo di 1,50 dollari/kg. La collaborazione avviata nel 2005 è stata interrotta nel 2007.
[7] Per ridurre gli incidenti stradali, in Cina si stanno introducendo limiti di velocità a 20 km/h.
[8] Una tonnellata di carbonato di Litio Li2CO3 equivale a 14/74 di Litio metallo (189 kg), ossia circa 1/5 di tonnellata di Li.

Si autorizza la riproduzione a fini non commerciali, con citazione obbligatoria della fonte e inserimento link a www.energheiamagazine.eu.

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