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I minerali chiave in una batteria EV

Simone Ferroni — Thu, 26 May 2022 12:16:08 +0000

I minerali chiave in una batteria EV

Abbattere i minerali chiave in una batteria EV

All’interno praticamente ogni veicolo elettrico (EV) c’è una batteria agli ioni di litio che dipende da diversi minerali chiave che aiutano ad alimentarlo.

Alcuni minerali costituiscono parti intricate all’interno della cellula per garantire il flusso di corrente elettrica. Altri lo proteggono da danni accidentali all’esterno.

Questa infografica utilizza dati dalla Federazione europea per i trasporti e l’ambiente per abbattere i minerali chiave in una batteria EV. Il contenuto minerale si basa sulla “batteria media 2020”, che si riferisce alla media ponderata delle sostanze chimiche delle batterie sul mercato nel 2020.

Il mix di minerali della batteria

Le celle della batteria media con una capacità di 60 kilowattora (kWh), le stesse dimensioni utilizzate in una Chevy Bolt, contenevano circa 185 chilogrammi di minerali. Questa cifra esclude i materiali nell’involucro dell’elettrolita, del legante, del separatore e del pacco batteria.

Il catodo contiene la più ampia varietà di minerali ed è probabilmente il più importante e componente costoso della batteria. La composizione del catodo è un fattore determinante nelle prestazioni della batteria, con ogni minerale che offre un vantaggio unico.

Ad esempio, batterie NMC, che rappresentato Il 72% delle batterie utilizzate nei veicoli elettrici nel 2020 (esclusa la Cina), ha un catodo composto da nichel, manganese e cobalto insieme al litio. Il più alto contenuto di nichel in queste batterie tende ad aumentare la loro densità di energia o la quantità di energia immagazzinata per unità di volume, aumentando l’autonomia di guida del VEICOLO ELETTRICO. Cobalto e manganese spesso agiscono come stabilizzatori nelle batterie NMC, migliorandone la sicurezza.

Complessivamente, i materiali nel catodo rappresentano il 31,3% del peso minerale nella batteria media prodotta nel 2020. Questa cifra non include l’alluminio, che viene utilizzato nelle sostanze chimiche catodiche nichel-cobalto-alluminio (NCA), ma viene utilizzato anche altrove nella batteria per l’involucro e i collettori di corrente.

Nel frattempo, la grafite è stata la materiale di riferimento per gli anodi grazie al suo costo relativamente basso, all’abbondanza e alla lunga durata del ciclo. Poiché l’intero anodo è costituito da grafite, è il singolo componente minerale più grande della batteria. Altri materiali includono l’acciaio nell’involucro che protegge la cella da danni esterni, insieme al rame, utilizzato come collettore di corrente per l’anodo.

Minerali legati dalla chimica

Esistono diversi tipi di batterie agli ioni di litio con diverse composizioni di minerali catodici. I loro nomi in genere alludono alla loro rottura minerale.

Per esempio:

NMC811 batterie composizione catodica:
80% nichel
10% manganese
10% cobalto
NMC523 batterie composizione catodica:
50% nichel
20% manganese
30% cobalto

Ecco come il contenuto minerale differisce per le varie sostanze chimiche delle batterie con una capacità di 60 kWh:

Con i consumatori alla ricerca di veicoli elettrici di fascia alta che non hanno bisogno di frequenti ricariche, i catodi ricchi di nichel sono diventati all’ordine del giorno. In effetti, le sostanze chimiche a base di nichel hanno rappresentato l’80% della capacità della batteria implementata nei nuovi veicoli elettrici plug-in nel 2021.

Le batterie al litio ferro fosfato (LFP) non utilizzano nichel e in genere offrono densità di energia inferiori a un prezzo migliore. A differenza delle batterie a base di nichel che utilizzano composti di idrossido di litio nel catodo, le batterie LFP utilizzano carbonato di litio, che è un’alternativa più economica. Tesla si è recentemente unita a diverse case automobilistiche cinesi nell’utilizzo di catodi LFP per auto di gamma standard, guidando il prezzo del carbonato di litio per registrare alti.

Le Mercato delle batterie EV è ancora nelle sue prime ore, con un sacco di crescita all’orizzonte. Le sostanze chimiche delle batterie sono in continua evoluzione e, man mano che le case automobilistiche escogitano nuovi modelli con caratteristiche diverse, sarà interessante vedere quali nuovi catodi arriveranno intorno all’isolato.

Tratto dal Visual Capitalist, pubblicato il 2 maggio 2022, di Govind Buthada, grafica/designa – Athul Alexander

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I 50 minerali fondamentali per la sicurezza degli Stati Uniti

Simone Ferroni — Wed, 02 Mar 2022 09:42:44 +0000

I 50 minerali fondamentali per la sicurezza degli Stati Uniti

Gli Stati Uniti mirano a dimezzare le loro emissioni di gas serra entro il 2030 come parte del loro impegno ad affrontare i cambiamenti climatici, ma potrebbero mancare i minerali critici necessari per raggiungere i loro obiettivi.

L’economia verde americana si baserà su fonti di energia rinnovabile come l’eolico e il solare, insieme all’elettrificazione dei trasporti. Tuttavia, manca la produzione locale delle materie prime necessarie per produrre queste tecnologie, tra cui pannelli solari, turbine eoliche e veicoli elettrici. Comprensibilmente, questo ha sollevato preoccupazioni a Washington.

In questo grafico, basato sui dati dell’US Geological Survey, elenchiamo tutti i minerali che il governo ha ritenuto critici per la sicurezza economica e nazionale degli Stati Uniti.

Cosa sono i minerali critici?

Un minerale critico è definito come un materiale non combustibile considerato vitale per il benessere economico delle principali economie emergenti del mondo, la cui offerta può essere a rischio. Ciò può essere dovuto alla scarsità geologica, a questioni geopolitiche, alla politica commerciale o ad altri fattori.

Nel 2018, il Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti ha pubblicato un elenco di 35 minerali critici. Il nuovo elenco, pubblicato a febbraio 2022, contiene altre 15 materie prime.

Gran parte dell’aumento della nuova lista è il risultato della divisione degli elementi delle terre rare e degli elementi del gruppo del platino in singole voci piuttosto che includerli come “gruppi minerali”. Inoltre, l’elenco 2022 dei minerali critici aggiunge nichel e zinco all’elenco rimuovendo elio, potassio, renio e stronzio.

La sfida per gli Stati Uniti è che la produzione locale di queste materie prime è estremamente limitata.

Ad esempio, nel 2021 c’era solo una miniera di nichel operativa nel paese, la miniera di Eagle nel Michigan. L’impianto spedisce i suoi concentrati all’estero per la raffinazione e la chiusura è prevista per il 2025. Allo stesso modo, il paese ha ospitato solo una miniera di litio, la Silver Peak Mine in Nevada.

Allo stesso tempo, la maggior parte della fornitura di minerali critici del paese dipende da paesi che hanno storicamente gareggiato con l’America.

Il dominio della Cina nei minerali

Forse non sorprende che la Cina sia la più grande fonte di approvvigionamento di materie prime minerali per gli Stati Uniti.

Il cesio, un metallo critico utilizzato in una vasta gamma di produzione, ne è un esempio. Ci sono solo tre miniere di pegmatite al mondo che possono produrre cesio, e tutte sono state controllate da società cinesi nel 2021.

Inoltre, la Cina raffina quasi il 90% delle terre rare del mondo. Nonostante il nome, questi elementi sono abbondanti sulla crosta terrestre e costituiscono la maggior parte dei minerali critici elencati. Sono essenziali per una varietà di prodotti come veicoli elettrici, ceramiche avanzate, computer, smartphone, turbine eoliche, monitor e fibre ottiche.

Dopo la Cina, la seconda più grande fonte di materie prime minerali per gli Stati Uniti è stata il Canada, che ha fornito agli Stati Uniti 16 diversi elementi nel 2021.

La crescente domanda di minerali critici

Man mano che le transizioni mondiali verso l’energia pulita aumentano, la domanda di minerali critici dovrebbe crescere rapidamente.

Secondo l’International Energy Association, si prevede che l’aumento della produzione di energia a basse emissioni di carbonio triplicherà la domanda di minerali da questo settore entro il 2040.

Il passaggio a un’economia sostenibile è importante e, di conseguenza, garantire i minerali critici necessari per esso è altrettanto vitale.

Tratto dal Visual Capitalist, pubblicato il 1 marzo 2022 di Bruno Venditti

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Il dominio della Cina nei metalli delle terre rare

Simone Ferroni — Fri, 16 Jul 2021 14:20:50 +0000

Il dominio della Cina nei metalli delle terre rare

Sapevi che un singolo iPhone contiene otto diversi metalli delle terre rare?

Da smartphone e veicoli elettrici a raggi X e missili guidati, diverse tecnologie moderne non sarebbero quello che sono senza i metalli delle terre rare. Conosciuto anche come elementi delle terre rare o semplicemente “terre rare”, questo gruppo di 17 elementi è fondamentale per una serie di industrie di vasta portata.

Sebbene i giacimenti di metalli delle terre rare esistano in tutto il mondo, la maggior parte dell’estrazione e della raffinazione avviene in Cina. Il grafico sopra del CSIS China Power Project tiene traccia delle esportazioni cinesi di metalli delle terre rare nel 2019, offrendo uno sguardo sulla presenza dominante del paese nella catena di approvvigionamento globale.

Le principali destinazioni di esportazione di terre rare della Cina

Circa l’ 88% delle esportazioni cinesi di terre rare del 2019 è andato a soli cinque paesi, che sono tra le potenze tecnologiche ed economiche del mondo.

Giappone e Stati Uniti sono di gran lunga i maggiori importatori, rappresentando collettivamente oltre i due terzi delle esportazioni cinesi di metalli delle terre rare.

Il lantanio , presente nei veicoli ibridi e negli smartphone, è stata la più grande esportazione di terre rare della Cina per volume, seguita dal cerio . In termini di dollari, il terbio era il più costoso, generando 57,9 milioni di dollari da sole 115 tonnellate di esportazioni.

Perché il dominio della Cina è importante?

Mentre il mondo passa a un futuro più pulito, si prevede che la domanda di metalli delle terre rare raddoppierà entro il 2030 e i paesi hanno bisogno di una catena di approvvigionamento affidabile.

Il monopolio virtuale della Cina nei metalli delle terre rare non solo le conferisce un vantaggio strategico su paesi fortemente dipendenti come gli Stati Uniti, che importano l’ 80% delle sue terre rare dalla Cina, ma rende anche la catena di approvvigionamento tutt’altro che affidabile.

“La Cina non escluderà l’utilizzo delle esportazioni di terre rare come leva per affrontare la situazione [della guerra commerciale]”.

—Gao Fengping et al., 2019, in un rapporto finanziato dal governo cinese tramite Horizon Advisory.

Un esempio calzante viene dal 2010, quando la Cina ha ridotto le sue quote di esportazione di terre rare del 37%, il che in parte ha portato a un aumento dei prezzi delle terre rare in tutto il mondo.

Il conseguente interruzione della catena di fornitura è stato abbastanza significativo per spingere l’Unione europea, gli Stati Uniti, e in Giappone per lanciare insieme un contenzioso caso regolamento tramite Organizzazione mondiale del commercio, che si è pronunciata contro la Cina nel 2014.

Il lato positivo è che l’aumento dei prezzi ha portato a un afflusso di capitali nell’industria mineraria delle terre rare, finanziando oltre 200 progetti al di fuori della Cina. Sebbene questo boom dell’esplorazione sia stato di breve durata, ha avuto successo nell’avviare la produzione in altre parti del mondo.

Rompere il monopolio cinese delle terre rare

Il dominio della Cina nelle terre rare è il risultato di anni di politiche industriali in evoluzione a partire dagli anni ’80, che vanno dagli sgravi fiscali alle restrizioni alle esportazioni. Al fine di ridurre la dipendenza dalla Cina, gli Stati Uniti e il Giappone hanno ritenuto prioritario diversificare le loro fonti di metalli delle terre rare.

Per cominciare, gli Stati Uniti hanno aggiunto i metalli delle terre rare al loro elenco di minerali critici e il presidente Donald Trump ha recentemente emesso un ordine esecutivo per incoraggiare la produzione locale. Dall’altra parte del mondo, il Giappone sta compiendo sforzi per ridurre la quota della Cina delle sue importazioni totali di terre rare a meno del 50% entro il 2025.

L’aumento dell’estrazione di terre rare al di fuori della Cina ha ridotto la quota globale di attività mineraria della Cina, dal 97,7% nel 2010 al 62,9% nel 2019. Ma l’estrazione mineraria è solo un pezzo del puzzle.

In definitiva, la grande maggioranza della raffinazione di terre rare , l’80%, risiede in Cina. Pertanto, anche le terre rare estratte all’estero vengono inviate in Cina per l’elaborazione finale. Nuovi impianti di raffinazione nordamericani sono in fase di creazione per affrontare questo problema, ma la sfida sta nella gestione degli impatti ambientali della lavorazione delle terre rare.

Tratto dal Visual Capitalist, pubblicato il 13 gennaio 2021, di Govind Bhutada

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