La filiera lombarda delle batterie si riunisce per dar vita ad un gruppo regionale pronto a cogliere le tante opportunità locali, nazionali e soprattutto europee. Si tratta di fare massa critica, un po’ perché sono richieste competenze diversificate e un po’ perché una compagine vasta e coesa può accedere con più facilità agli strumenti finanziari che l’Eu mette a disposizione. D’altra parte, a livello globale, il mercato delle batterie per i veicoli elettrici, quello sul quale si può concentrare la Lombardia, è molto ricco: vale 116 miliardi di euro, ed è previsto in forte crescita. Al centro dell’iniziativa due cluster regionali, Afil e Le2C. Il primo, l’Associazione Fabbrica Intelligente Lombardia presieduta dall’imprenditore Diego Andreis, porta all’attenzione della Regione le priorità della ricerca e innovazione della manifattura. Il secondo, (Lombardy Energy Cleantech Cluster) è il cluster tecnologico accreditato dalla Regione per l’energia e per l’ambiente. Promuove l’innovazione, la competitività e la crescita del sistema lombardo verso una transizione green. Sia Afil che Le2C, favoriscono sinergie e alleanze con reti di collaborazione internazionale.
Nella “Strategic Community” di Afil “De- and Remanufacturing for Circulr Ecoonmy”, vi è un gruppo di lavoro attivi nell’economia circolare delle batterie che ha concepito importanti attività progettuali finanziare a livello europeo e regionale. Tra le sfide dell’area di lavoro “Smart Energy Systems” di Le2C c’è invece l’avvio di una filiera di servizi alla produzione delle batterie di nuova generazione. “Strategic community” e “Aree di Lavoro” sono gruppi interni ai due cluster che operano in modo simile: ne costituiscono il motore della progettualità con approccio bottom-up, e sono formati da esperti di imprese, atenei e centri di ricerca. Ma quali sono le aree di interesse (le “attività”) che le aziende aderenti possono svolgere in una filiera lombarda delle batterie – sia in ambito di mobilità sostenibile che di storage stazionario? Ad esempio, la produzione di materiali avanzati per realizzarne di nuove e più efficaci; o altrimenti, la definizione di procedure e la creazione di sistemi per il controllo, la diagnostica, la gestione e il testing; ancora, la produzione o l’assemblaggio di celle, moduli e sistemi di accumulo; inoltre, l’analisi e lo studio di nuove applicazioni industriali; e infine, importantissimo, il disassemblaggio e il riassemblaggio per il riuso e per il riciclo dei materiali.
Non si parte da zero. Ad esempio, in Lombardia ci sono laboratori di eccellenza, che hanno già sperimentato tecnologie per il disassemblaggio dei pacchi; e c’è una fiorente industria legata all’economia circolare. A proposito di quest’ultima attività, la Regione Lombardia è intenzionata a dar vita ad un apposito Hub. Insomma, a questo punto si tratta soltanto di fare squadra, anche per partecipare alle iniziative internazionali (Vanguard, S3) che saranno descritte in questo articolo. L’articolo, peraltro, prende spunto dal webinar “Batterie per la mobilità sostenibile e lo storage stazionario: Sfide e Opportunità per la Lombardia” organizzato da Afil e Le2C in collaborazione con la Regione Lombardia.
La crescita dirompente del mercato delle batterie e di quello delle ricaricabili in particolare
Il mercato delle batterie è fra i più frizzanti. La domanda di batterie per auto e bus elettrici era pari a 31 Gwh nel 2015; l’anno scorso è stata equivalente a 321mila Gwh. La richiesta per materiali per realizzare catodi è passata dalle 7mila tonnellate nel Duemila alle 804mila tonnellate nel 2021. E i prezzi sono calati: le batterie al litio per cellulari, che nel Duemila costavano 2,6 dollari, ora costano 0,15 dollari. Secondo le stime di Avicenne Energy – società parigina di consulenza specializzata in mercati tecnologici ad alta crescita- il mercato mondiale delle batterie vale 131 miliardi di dollari, contro gli 80 miliardi del 2016. La crescita è soprattutto dovuta ai modelli al litio; quelli al piombo, che ancora costituiscono la metà del mercato, sono sostanzialmente stabili dal 2015. I primi stanno sperimentando una diffusione enorme in tanti Paesi ma soprattutto in Cina, dove trovano applicazione nei trasporti e nell’industria.
Per il direttore di Avicenne Energy Christophe Pillot, i prezzi delle batterie al litio per cellulari sono destinati a calare: nel 2025 costeranno un quarto rispetto al 2010, passando da 400 a 100 dollari al kwh. Lo stesso fenomeno si verificherà per le quelle (sempre al litio) per le auto green: da 170 dollari al kwh del 2019 ai 115 dollari al kwh del 2025. Quanto alle previsioni per il mercato delle batterie per auto e bus green, è prevista una crescita considerevole: dai 321 Gwh dell’anno scorso ai 2mila Gwh del 2030, con un cagr del 28%. D’altra parte, nel 2030 i carmaker avranno investito 500 miliardi di dollari nell’elettrico. Nel 2030, per tutte le applicazioni, le batterie al litio costituiranno l’equivalente di 2,2 Twh, rispetto ai 2,7 Twh di tutti i modelli (nichel-metallo idruro, nickel-cadmio, piombo).
Cosa fa il cluster Afil per la filiera delle batterie: il progetto Care-Service
Afil attualmente conta 144 membri, tra cui 116 aziende, 14 fra centri di ricerca e atenei e 14 associazioni. L’associazione ha il duplice obiettivo di incrementare la competitività delle imprese del Manifatturiero Lombardo in ottica di filiera di ricerca e innovazione regionale; nonché di posizionarle in Italia, in Europa e a livello globale. Si accennava alle strategic community: è qui che i partecipanti si scambiano competenze e capacità, fanno networking per R&I, definiscono progetti di interesse comune e li propongono alle istituzioni (tramite le Roadmap, che tratteremo in tema di strategia S3), realizzano piani di internazionalizzazione, partenariati, proposte e progetti e hackathon. Ad oggi sono attive cinque strategic community – Circular Economy, Artificial Intelligence, Advanced Polymers, Additive Manufacturing, Secure and Sustainable Food Manufacturing. Alcune sono più mature e hanno già iniziato la loro attività, altre stanno raccogliendo manifestazioni di interesse da parte delle aziende o stanno meglio definendo il loro “scope”. Appunto nel contesto della strategic community di Afil sull’economia circolare è nato il progetto CarE-Service. È stato coordinato dall’Istituto Siima Cnr ed è stato finanziato dalla Agenzia esecutiva per le piccole e medie imprese della Commissione Europea con 6,4 milioni di euro. «Nel nostro Cluster vengono concepite attività e esperienze che poi trovano un respiro continentale, aggregando altre realtà» – afferma il cluster manager di Afil Giacomo Copani. Hanno aderito, per 36 mesi, 15 partner di 7 Paesi.
Oltre a Stiima Cnr, Fca (ora Stellantis), Cobat (Consiglio nazionale raccolta e riciclo), Radici Group, C.i.a Automation & Robotics, E Vai. Tra gli stranieri, Fraunhofer, il Joint Research Center della Commissione Europea, Avicenne e altri. L’obiettivo del progetto era quello di identificare modelli di business innovativi di economia circolare per i veicoli elettrici impiegati nelle flotte di car sharing, sulla base dei quali proporre servizi di mobilità innovativi. Si trattava dunque di istituire 3 nuove catene del valore circolari europee pronte ad avviare le attività per il riutilizzo, la rigenerazione e il riciclaggio selettivo delle batterie, dei componenti metallici e di quelli tecno-polimerici; di dimostrare su scala europea la sostenibilità economica, sociale e ambientale di queste attività; di creare le condizioni per un ampio sfruttamento dei risultati a livello continentale; e di generare nuovi mercati dei servizi per la mobilità sostenibile. Sotto quest’ultimo profilo l’idea era quella di consentire alle società di car sharing, leasing e noleggio di sfruttare i vantaggi dell’economia circolare, quelli che si ottengono con una maggiore disponibilità di parti riutilizzabili e rigenerate che riduce il costo dei ricambi nella gestione dei veicoli ibridi e elettrici. Cosa è stato fatto? «Sono state realizzate tecnologie per il disassemblaggio dei pacchi e dei moduli delle batterie, sono state definite procedure industriali di testing, e sono state portate aventi esperienze concrete di re-manufacturing di moduli e di riciclo di celle» – ha affermato Copani. Inoltre, dal momento che finché la diffusione dei veicoli green non è generalizzata non è conveniente investire in tecnologie stazionarie, si è preferito puntare su quelle trasportabili: ad esempio, apparecchiature per il disassemblaggio o per il testing possono essere portate in loco su container e utilizzate presso i dismantlers che hanno batterie accumulate da smaltire. Si è data vita anche alla CarE-Service Platform, una piattaforma Ict collegata alle unità mobili e che funge da piattaforma per il coordinamento degli attori delle filiere di “End-Of-Life” e da marketplace per lo scambio di pacchi, moduli e celle.
Cosa fa Le2C per la filiera delle batterie: nuova generazione e second life
1) Identikit di Le2C
Le2C (Lombardy Energy Cleantech Cluster) è nato nel 2009 su iniziativa di otto aziende. Riunisce esponenti dell’industria (103 imprese), dell’università (12 atenei) e dei centri di ricerca, di 14 associazioni industriali e di enti no profit, di 8 istituzioni del settore pubblico, di 2 istituzione finanziarie e di 4 media. Secondo la Cluster manager Carmen Disanto, «quando si tratta di portare avanti nuove iniziative, l’approccio è bottm-up; nel senso che si parte da stimoli che provengono dalla base associativa, ad esempio da singole imprese». Le2C ha individuato 5 Aree di lavoro prioritarie: Smart Energy Systems (si occupa della promozione della ricerca, sviluppo e produzione di sistemi di generazione e distribuzione di risorse e tecnologie energetiche sostenibili per l’industria, i consumatori ed i servizi pubblici); Sustainable Manufacturing (temi legati a prodotti e servizi sostenibili); Green Building (edilizia sostenibile); Water Energy Nexus (filiera del servizio idrico integrato); Clean Air (impatto della produzione e del consumo sulla qualità dell’aria) e Circular economy (per aumentare l’efficienza lungo tutta la catena del valore di beni e servizi attraverso flussi circolari di risorse). Quest’ultima è trasversale a tutte le altre.
2) Le sfide dell’area di lavoro “Smart Energy Systems” di Le2C in tema di batterie
Ora, tra le sfide di Smart Energy Systems ce ne sono tre di particolare rilievo: anzitutto, l’avvio di una filiera di servizi alla produzione delle batterie di nuova generazione. Per far ciò occorre sviluppare laboratori ad alto grado di automazione, capaci di realizzare celle elettrochimiche di varie caratteristiche e dimensioni, e fino alla fase pre-pilota industriale; e in grado di implementare sistemi diagnostici e di controllo innovativi e di testare l’efficienza e la sicurezza di moduli e sistemi completi. In secondo luogo Smart Energy Systems intende potenziare l’autoconsumo domestico e di altri settori; infine, mira a sviluppare una filiera del riciclo e della second life delle batterie. Secondo Omar Perego (che è senior engineer di Ricerca sul Sistema Energetico – RSE, una società, controllata dal Gestore dei Servizi Energetici, per lo sviluppo di attività di ricerca nel settore elettro-energetico; ed è altresì referente della citata Area Smart Energy Systems) «anzitutto in Lombardia ci sono già laboratori di eccellenza in grado di coprire tutta la filiera delle batterie; in secondo luogo c’è un forte comparto industriale nell’ambito del riciclo e del riuso; e c’è già un memorandum of understanding per la creazione di una filiera (del riciclo e del riuso di batterie) grazie ad una proposta di progetto molto ambiziosa emersa nel contesto del bando “Call Hub ricerca e innovazione”, promosso da Regione Lombardia. In pratica, ciò che resta da fare è creare le partnership tra l’industria e la ricerca».
A proposito del Memorandum of understanding (MoU), l’obiettivo principale della proposta progettuale è lo sviluppo di una catena del valore nazionale per la gestione del fine vita delle batterie al litio del settore automobilistico, per consentirne il riutilizzo in sistemi di accumulo stazionari (e quindi in comparti diversi dall’automotive; tipicamente per gli impianti industriali). Nel 2030, questa attività potrebbe riguardare 30mila tonnellate di accumulatori. Ma occorre sviluppare test e tecnologie innovative. E poi, al di là della second life, il Mou mira a realizzare processi adeguati per recuperare e riciclare i materiali (terre rare e metalli preziosi) delle batterie. Hanno aderito a MoU, oltre al Politecnico di Milano, Enel, Comau, Flash Battery, Anfia, Cobat, Class onlus, Innovhub e Rse.
Cosa fa il Politecnico di Milano: il Circ-Ev Laboratory e Digiprime
Nel 2018 il Politecnico di Milano ha dato vita, con autofinanziamento, ad un laboratorio alla Bovisa, al dipartimento di Meccanica – anche se le attività che vi si svolgono si riferiscono ad un contesto interdipartimentale. È il Circ-Ev (Circular factory for the electrified vehicles of the future). L’obiettivo era (ed è) quello di mettere a punto dei processi target per riciclare batterie post-uso, passando dalla caratterizzazione al disassemblaggio e ai modelli di testing delle celle; queste vengono riassemblate e certificate per una second life o, nel caso in cui non siano rigenerabili, sono oggetto di un trattamento meccanico per il recupero dei materiali e il riuso in altre batterie. Si partiva da una considerazione: «Anzitutto, la batteria non è il solo componente critico del sistema di alimentazione di un’auto elettrica. È il principale, ma non il solo. E l’Unione europea, con la sua normativa sull’end of life, li considera tutti. Stiamo parlando di un contesto modulare: pacco, moduli, sottogruppi e celle. Queste ultime, poi, hanno caratteristiche molto variabili: ad esempio, ce ne sono di cilindriche e di prismatiche. C’è poi variabilità anche nei sistemi di giunzione. Infine, c’è il problema del degrado delle celle. Insomma, se si vuole realizzare un impianto per il riuso, questo deve essere necessariamente molto flessibile» – afferma Marcello Colledani, docente al dipartimento di Meccanica del Politecnico, nonché coordinatore della strategic community “De e Remanufacturing for Circular Economy” di Afil.
Così, nel laboratorio, il disassemblaggio è stato reso semi-automatico, per associare efficienza e flessibilità. Il dipartimento di energia si occupa invece di testing, per valutare lo stato residuo e per predire le modalità di degrado delle celle, Si stanno anche sviluppando sistemi per decidere come ottimizzare la configurazione dei moduli. Il Politecnico partecipa anche al progetto europeo DigiPrime, che gode di un finanziamento di 16 milioni di euro e ha l’obiettivo di sviluppare una piattaforma digitale di supporto all’economia circolare. Partecipano 36 partner (tra università, aziende e centri di ricerca) di 11 Paesi membri dell’Ue. Le imprese (tra quelle italiane, ad esempio, Rivierasca, Autodemolizione Pollini e altre) sono di comparti diversi, «perché – continua Colledani – per sfruttare le potenzialità residue delle batterie, occorre un approccio intersettoriale». La piattaforma sarà caratterizzata da una architettura decentralizzata, per permettere l’integrazione di realtà di settori diversi rispetto a quelli già coperti dal software; e saranno sviluppati servizi sia orizzontali (tra aziende) che verticali (tra settori di una stessa impresa). Uno dei quattro pilot che si intendono sviluppare riguarderà appositamente le batterie, «per aiutare, nelle operation, le industrie di disassemblaggio» – afferma Colledani.
La Regione Lombardia: dalla strategia s3 all’Hub per l’economia circolare
1) Le opportunità per la filiera delle batterie nella strategia europea S3
«Un gruppo di imprese e centri di ricerca lombardo che metta a punto progetti sulle batterie può anche accedere a strumenti finanziari europei che favoriscono la collaborazione tra diverse Regioni basata sulla “Smart Specialisation”. Ad esempio gli investimenti interregionali per l’innovazione (I3), legati al Fondo europeo per lo sviluppo regionale (Fers)» – afferma Copani. A proposito di strategia regionale del Vecchio Continente, com’è noto la Commissione Europea ha definito quella di specializzazione intelligente S3, per incrementare in modo duraturo e sostenibile la competitività e l’attrattività delle imprese EU. In pratica, la Commissione Europea ha chiesto alle Regioni di identificare le aree di intervento in base all’analisi dei punti di forza e delle potenzialità dell’economia e dell’industria territoriali. Afil è il cluster cui è demandata tale individuazione in riferimento all’area del manifatturiero avanzato, poi soggetta al placet della Lombardia. Peraltro, la Regione Lombardia, chiamata a aggiornare la propria Roadmap sulla ricerca e sull’innovazione, ha richiesto il contributo dei suoi 9 cluster, tra cui Afil, e li ha invitati a ridefinire le priorità. Afil ne ha indicate due: l’economia circolare e l’intelligenza artificiale. Quanto alla prima, il relativo progetto dettagliato è già stato approvato dalla Giunta nella seduta del 5 maggio 2020. Quanto alla seconda, sarà presentata all’esecutivo lombardo quanto prima.
«Quando invece parliamo di piattaforma S3 intendiamo un luogo europeo di incontro tra aziende e centri di ricerca, che stringono partnership per dar vita a progetti di innovazione industriale ad alto Trl. Questi piani sono sviluppati su temi specifici con l’endorsement delle Regioni partecipanti, e quindi anche con quello della Lombardia» – afferma Copani. I partecipanti alla piattaforma S3 possono introdurre nuove tematiche da approfondire. Attualmente ne sono state segnalate una trentina. In questo contesto, la Lombardia è entrata, come co-coordinatore, nella Ambp, Advanced Materials for Batteries Partnership; le altre Regioni leader sono l’Andalusia, la Castiglia e Leon, e la Slovenia occidentale. Complessivamente, gli enti territoriali partecipanti sono 31; di questi, altri due italiani: l’Emilia Romagna e il Piemonte. Cinque le linee di azione di Ambp: la prima riguarda i raw material sostenibili per realizzare batterie: ad esempio la grafite; la seconda riguarda lo studio di nuovi componenti per le celle, da utilizzare in applicazioni per la mobilità; la terza, le applicazioni per lo storage stazionario; la quarta il riciclo e il re-manufacturing delle batterie al litio; l’ultima, la realizzazione di un network di centri di ricerca e di testing.
2) Un Hub lombardo per l’economia circolare e la “Vanguard Initiave”
Il fatto che, come abbiamo visto, la Regione si sia dotata di una Roadmap sull’economia circolare può portare ad ulteriori sviluppi. «La Regione Lombardia – afferma Copani – ha dichiarato di voler realizzare, per il prossimo futuro, un Hub per la Circular Economy, e cioè un centro di dimostrazione e di trasferimento tecnologico per le aziende, con un approccio multisettoriale». L’Hub avrà rilievo anche nel campo del riuso e riciclo delle batterie. Tramite una Manifestazione di Interesse riservata agli Enti Pubblici, la Regione, come primo passo, ha chiesto alle università e ai centri di ricerca di proporre lo sviluppo di soluzioni ad alto Trl (livello di maturità tecnologica), per renderle più viciini ad applicazioni industriali fruibili dalle aziende. Hanno risposto il Cnr Stiima, il Politecnico di Milano, l’Università di Milano, quella di Pavia e la Bicocca, proponendo applicazioni nel settore della mobilità elettrica. Tra questi enti e la Regione è stato stipulato uno specifico accordo, EcoCIRC (“per la realizzazione di una innovativa infrastruttura pilota regionale di supporto alla transizione verso l’economia circolare dei veicoli elettrici”). Nell’ambito dell’accordo, Stiim Cnr sta realizzando una nuova soluzione per il disassemblaggio automatizzato dei pacchi batteria, il Politecnico di Milano sta lavorando al disassemblaggio e re–manufacturing dei moduli/celle e, insieme a Stiima, ai modelli di business per l’economia circolare. Infine, Università di Milano, di Pavia e Bicocca si stanno concentrando sui processi di riciclo dei materiali delle batterie. Ora si tratta di coinvolgere le aziende.
In secondo luogo va considerata la partecipazione della Regione all’iniziativa Vanguard, che offre una piattaforma a imprese, cluster e istituti scientifici per unire le forze nella ricerca di soluzioni innovative. Ad oggi hanno aderito 39 tra le regioni industriali più avanzate del Vecchio Continente. Nella pratica, in Vanguard si implementano progetti pilota, che poi vengono internazionalizzati. Nel contesto di Vanguard e all’interno del pilot Esm (Efficient sustainable manufacturing), co-coordinato a livello europeo dal Cluster Afil, il demo-case ”De-and remanufacturing for circular economy”. «L’idea di fondo è quella di realizzare una rete di impianti pilota a livello interregionale (sono 10 le Regioni europee coinvolte) – afferma Colledani – con un Trl molto alto, per consentire alle aziende di fare esperimenti, di ricevere un supporto tecnico e di sviluppare business case innovativi in ambito di economia circolare». Gli impianti pilota sono stati portati avanti dai centri di ricerca; quanto alla Lombardia, ciò è stato fatto sempre in vista del trasferimento tecnologico alle aziende che si realizzerà con EcoCIRC e quindi con l’Hub per l’economia circolare. Negli ultimi cinque anni si è lavorato per definire le metodologie operative della rete nonché per realizzare le infrastrutture in grado di “mettere a terra” la progettualità. In particolare, la proposta di collaborazione aveva l’obiettivo di definire nuovi modelli di business e catene del valore circolari per il settore dell’e-mobility, soprattutto in relazione ai componenti più strategici dei veicoli elettrici ed ibridi: batterie, elementi meccatronici, materiali compositi.
