Le batterie che vengono dal legno

Il segreto? La lignina

La lignina, sottoprodotto della produzione di fibra di cellulosa, è un materiale rinnovabile e tracciabile e risulta come scarto di processo dalla lavorazione del legno. Negli alberi, la lignina è una sorta di colla, che in qualche modo tiene insieme le fibre di cellulosa e rende anche gli alberi molto rigidi.

La lignina è, soprattutto, un polimero che si trova negli alberi – circa il 30% di un albero è lignina, a seconda della specie – e contiene carbonio. E il carbonio è un ottimo materiale per un componente vitale nelle batterie, chiamato anodo.

La batteria agli ioni di litio del telefono ha quasi certamente un anodo di grafite: la grafite è una forma di carbonio con una struttura a strati. La lignina si comporta negli alberi esattamente nello stesso modo: tenendo insieme le fibre di cellulosa.

Estrarre la lignina per creare carbonio per le batterie

Gli ingegneri di Stora Enso hanno deciso di poter estrarre la lignina dalla polpa di scarto già prodotta in alcune delle loro strutture e di elaborare tale lignina per creare un materiale di carbonio per gli anodi delle batterie. L’azienda sta collaborando con la società svedese Northvolt e prevede di produrre batterie di questo tipo già a partire dal 2025.

I vantaggi delle batterie in lignina

Secondo la società di consulenza di gestione McKinsey, entro il 2030, con l’allontanamento del mondo dai combustibili fossili, il bisogno di batterie elettriche aumenterà notevolemente.

Il problema è che le batterie agli ioni di litio su cui facciamo affidamento oggi dipendono in gran parte da processi industriali e minerari dannosi per l’ambiente. Inoltre, alcuni dei materiali di queste batterie sono tossici e difficili da riciclare. Molti provengono anche da paesi con scarsi record di diritti umani.

Stora Enso ha delineato cinque vantaggi chiave per la transizione alla sua tecnologia di energia rinnovabile basata sulla lignina:

- Scalabilità: È possibile produrre commercialmente queste batterie grazie all’ampia disponibilità della risorsa necessaria per realizzarle: gli alberi.

- Sostenibilità: I produttori si impegnano a procurarsi i loro materiali da foreste europee certificate per la sostenibilità.

- Rinnovabilità: Quasi tutta la produzione di batterie LI avviene in Cina a causa dei deboli standard ambientali e dei bassi costi di produzione. L’uso delle risorse naturali eliminerebbe completamente questo bisogno.

- Ricarica più veloce: Stora Enso ritiene che una batteria Lignode perfettamente funzionante abbia la capacità di caricarsi a una velocità maggiore rispetto al leader di mercato alimentato a combustibili fossili.

- Migliori prestazioni a temperature più basse: La batteria è operativa a temperature più basse, aprendo le porte all’alimentazione di più automobili elettriche.

La ricerca è in corso per materiali per batterie sostenibili che siano più ampiamente disponibili. Non è solo Store Enso a lavorare sulla lignina: ci stanno già pensando anche in Svezia, dove la Bright Day Graphene produce grafene, un’altra forma di carbonio, dalla lignina.

E’ davvero sostenibile?

Non basta che un materiale sia di provenienza naturale perchè la sua trasformazione rispetti i parametri per potersi dire pienamente sostenibile.

Secondo i ricercatori che ci stanno lavorando, fintanto che la lignina utilizzata per la produzione di anodi viene estratta come sottoprodotto dal processo di fabbricazione della carta, altri alberi non verranno abbattuti per produrre batterie. Un processo pienamente circolare, quindi.

Un portavoce di Stora Enso conferma che, attualmente, tutta la lignina utilizzata dall’azienda è “un flusso secondario del processo di spappolamento“, e il suo utilizzo non aumenta il numero di alberi abbattuti o il volume di legno utilizzato nella produzione di pasta di legno.

“Se l’industria della cellulosa non è sostenibile, allora il materiale stesso non è un materiale derivato in modo sostenibile”, spiega.

Anche l’Italia in prima linea

C’è almeno un altro modo in cui la lignina potrebbe essere utilizzata nelle batterie, oltre agli anodi. Lo scorso aprile 2022, un gruppo di ricerca italiano, guidato dal Politecnico di Milano,  ha pubblicato un documento relativo allo sviluppo di un elettrolita a base di lignina.

Si tratta del componente che si trova tra il catodo e l’anodo: aiuta gli ioni a fluire tra gli elettrodi ma costringe anche gli elettroni a prendere il percorso desiderato attraverso il circuito elettrico a cui è collegata la batteria. In altre parole, impedisce agli elettroni di rimbalzare semplicemente tra gli elettrodi, il che lascerebbe lo smartphone, ad esempio, morto stecchito.

Gianmarco Griffini, uno dei ricercatori coinvolti, ha spiegato che l’idea di utilizzare la lignina è nata dopo che lui e colleghi hanno sperimentato l’utilizzo del materiale nei pannelli solari, con risultati leggermente deludenti. “Le efficienze che si ottengono nelle celle solari sono relativamente limitate perché la lignina è marrone, quindi assorbe effettivamente un po’ di luce”, spiega. Nelle batterie, invece, questo aspetto non è importante.

Nella ricerca condotta in Italia, per la produzione di anodi la lignina viene trattata termicamente e scomposta nei suoi atomi di carbonio costituenti. Si preferisce quindi usarla nella sua forma polimerica. In questo modo, è stato sviluppato un elettrolita polimerico gel che ha aiutato il movimento degli ioni in una batteria sperimentale di potassio.

Fattibilità commerciale

Con sempre più persone che acquistano auto elettriche e immagazzinano energia a casa, si prevede che l’appetito globale per le batterie aumenterà notevolmente nei prossimi anni. Potenzialmente, il mercato è enorme.

La fattibilità commerciale di tutte queste idee deve ancora essere dimostrata. Ad ogni modo, in teoria, siamo nel campo delle alte probabilità che si possa realizzare una batteria che utilizzi polimeri di lignina nell’elettrolita e carboni derivati ​​dalla lignina nell’anodo.

Non ci resta che attendere ulteriori sviluppi; la ricerca, come sempre, finirà col sorprenderci positivamente.