Gigafactory: cosa sono, dove sono e come funzionano le mega-fabbriche per la produzione di batterie

Le gigafactory, i grandi impianti di produzione di batterie, saranno sempre più importanti in Europa e nel mondo per vari motivi. Prima di tutto, con l’aumento della domanda di veicoli elettrici e l’obiettivo di molti governi di ridurre le emissioni di CO2, la necessità di produrre batterie su larga scala diventerà sempre più pressante. Inoltre le gigafactory possono contribuire a creare posti di lavoro e a stimolare l’economia locale. Infine, con l’Europa e altri Paesi che cercano di ridurre la dipendenza dalle importazioni di batterie, la costruzione di gigafactory all’interno dei confini nazionali diventa una questione strategica per la sicurezza energetica e l’autonomia industriale. Ecco perché è importante capire bene cosa sono, come funzionano e dove sono attualmente dislocate.

Cosa significa gigafactory 

Il termine gigafactory (anche giga-factory) indica una fabbrica di dimensioni molto grandi. “Giga” è un moltiplicatore di grandezza dell’ordine del miliardo, ossia una iperbole per attribuire il valore di ‘grandissimo, enorme’ all’elemento a cui si congiunge, la ‘fabbrica’.

Una gigafactory è una fabbrica di dimensioni enormi, progettata per produrre grandi quantità di batterie per veicoli elettrici. Il termine è stato coniato da Elon Musk per descrivere la grande fabbrica di produzione di batterie della società a Reno, in Nevada.

Le gigafactory sono progettate per ridurre i costi di produzione delle batterie, aumentare la capacità di produzione e migliorare l’efficienza. Inoltre possono aiutare a ridurre l’impatto ambientale della produzione di batterie, utilizzando fonti di energia rinnovabile e tecnologie avanzate per il riciclaggio dei materiali.

Come funziona la produzione di batterie 

Le batterie per le auto elettriche contengono una certa quantità di metalli, variabile a seconda del tipo di batteria e del modello di veicolo. Un singolo pacco batterie agli ioni di litio per auto (ad esempio il tipo NMC532) può contenere circa 8 kg di litio, 35 kg di nichel, 20 kg di manganese e 14 kg di cobalto (dati dell’Argonne National Laboratory).

Secondo gli analisti, non si prevede una diversificazione dalle batterie agli ioni di litio in tempi brevi. Il loro costo è crollato in modo significativo, per cui è probabile che saranno la tecnologia dominante per il prossimo futuro. Attualmente, le batterie agli ioni di litio sono 30 volte più economiche di quando sono entrate per la prima volta nel mercato come piccole batterie portatili, nei primi anni Novanta, anche se le loro prestazioni sono migliorate. Si prevede che il costo di un pacco batterie EV agli ioni di litio scenderà al di sotto di 100 dollari per kilowattora entro il 2023, circa il 20% in meno rispetto a oggi.

Fonte: Electric Vehicle Outlook 2021 – Bloomberg NEF

Per produrre l’elettricità, le batterie funzionano sul fenomeno del trasporto degli ioni di litio da uno strato, chiamato anodo, a un altro, il catodo. I due strati sono separati da un elettrolita. Il catodo è il principale fattore limitante nelle prestazioni della batteria, l’elemento dove si trovano i metalli preziosi. Il catodo di una tipica cella della batteria agli ioni di litio è un sottile strato contenente cristalli su microscala, spesso simili nella struttura ai minerali che si trovano naturalmente nella crosta o nel mantello terrestre. I cristalli accoppiano ossigeno caricato negativamente con litio caricato positivamente e vari altri metalli: nella maggior parte delle auto elettriche, un mix di nichel, manganese e cobalto. Durante la ricarica della batteria gli ioni di litio vengono separati da questi cristalli di ossido e attirati in un anodo a base di grafite, dove vengono immagazzinati, tra strati di atomi di carbonio.

I prezzi medi delle batterie dovrebbero scendere al di sotto dei 100 dollari/ kWh su base media ponderata entro il 2024, spinti dall’introduzione di nuove sostanze chimiche cellulari, nuove attrezzature e tecniche di produzione. Entro il 2030, i prezzi dei pacchi batterie raggiungeranno i 58 dollari/kWh, anche se saranno necessari elevati livelli di investimento perché ciò accada.

Nel report “Electric Vehicle Outlook 2021” di Bloomberg NEF si prevede che l’offerta di litio, cobalto, manganese e nichel sarà sufficiente a soddisfare la domanda di batterie agli ioni di litio fino al 2030.

Quante gigafactory ci sono in Europa

L’Europa è diventata la regione a più rapida crescita per la capacità delle batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici (EV), se si esclude la Cina, secondo Benchmark Minerals (principale agenzia di segnalazione dei prezzi regolamentata dalla IOSCO, fornitore di dati proprietari e editore di market intelligence per la catena di approvvigionamento di batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici). Solo tre anni e mezzo fa (settembre 2018) si stimava una capacità di produzione di batterie in Europa di 120 GWh entro il 2030, una quantità di celle sufficienti per 2,2 milioni di veicoli elettrici. Ora questa capacità annuale pianificata per il 2030 si attesta a 789,2 GWh, un aumento di oltre 6 volte, sufficiente per la fabbricazione di quasi 15 milioni di veicoli elettrici puri. Secondo Benchmark Minerals, tuttavia, restano dubbi su quanta parte di questa capacità entrerà effettivamente in funzione e in quale qualità.

Entro la fine del 2022 l’Europa avrà 7 produttori attivi di batterie agli ioni di litio, di cui i primi cinque per capacità (e posizione della gigafactory) sono:

1. LG Chem (Polonia): 32 GWh
2. Samsung SDI (Ungheria): 20 GWh
3. Northvolt (Svezia): 16 GWh
4. SK Innovation (Ungheria): 7,5 GWh
5. Envision AESC (Regno Unito): 1,9 GWh

In termini di qualità, l’Europa ha quattro dei sette produttori mondiali di batterie agli ioni di litio di primo livello, compresa la gigafactory di Northvolt in Svezia,

I migliori produttori di celle per batterie agli ioni di litio di livello automobilistico sono: Panasonic (Giappone); Samsung SDI e SK Innovation (Corea del Sud); Immagina AESC, CATL e BYD (Cina).

Una recente tendenza nella costruzione di batterie agli ioni di litio in Europa è l’emergere di major automobilistiche come produttori di batterie che cercano di garantire la fornitura di celle attraverso impianti in joint-venture. Nel 2030, delle 17 gigafactory in Europa con una capacità annua minima di 1 GWh, 8 saranno realizzate attraverso partnership automobilistiche, come VW Group, Stellantis, Nissan, Volvo e Renault.

Si prevede che Northvolt arriverà a essere il secondo produttore della regione con 92 GWh di capacità attraverso nuovi impianti a Skellefteå, in Svezia e una operazione congiunta con Volvo, a Göteborg, in Svezia. CATL, Erfurt potrebbe essere il terzo produttore di batterie in Europa, con 80 GWh entro il 2030.

LG Energy Solutions dovrebbe essere quarta, con 67 GWh, sempre in Polonia e senza creare nuove gigafactory.

Nel frattempo, ACC (Total / Stellantis) dovrebbe gestire tre impianti in Francia, Germania e Italia, con una capacità combinata di 64 GWh entro il 2030 con la nuova gigafactory di Verkor con sede a Dunkerque da 50 GWh, sesto produttore più grande.

Le gigafactory in Europa: raffronto 2022 vs. 2030

Fonte: Benchmark Minerals

Entro il 2030, secondo Benchmark Minerals i primi cinque produttori di batterie in Europa per capacità saranno quindi:

1. Tesla (Germania): 125 GWh
2. Northvolt (Svezia x 2): 92 GW
3. CATL (Germania): 80 GWh
4. LGES (Polonia): 67 GWh
5. ACC Total/Stellantis (Germania, Francia, Italia): 64 GWh

Nel complesso, per l’Europa si prevede una capacità di 789,2 GWh entro il 2030, poco più del 14% del totale globale di 5.454 GWh.

Si tratta di un aumento di oltre 6 volte rispetto a quanto previsto per il 2022. Per fare un confronto, la Cina sta crescendo del 220% nello stesso periodo, mentre gli Stati Uniti dovrebbero aumentare la propria capacità di produrre batterie del 575%.

Occorre tenere presente, però, che la capacità non equivale necessariamente a una fornitura affidabile per l’industria dei veicoli elettrici. Esistono una serie di colli di bottiglia nella costruzione e nel funzionamento delle gigafactory di batterie che possono richiedere anni per essere superati.

Gigafactory in Francia: la “valle delle batterie”

Verkor, startup lanciata nel 2020, sta costruendo una gigafactory a Dunkerque, nel nord della Francia. In soli tre anni è cresciuta fino a raggiungere un team di 300 persone e ha iniziato la costruzione nel suo sito di 80 ettari a Dunkerque. La gigafactory produrrà celle di batteria a basso contenuto di carbonio e si prevede che sarà operativa entro il 2025, momento in cui produrrà 16GWh di batterie ogni anno. Verkor afferma che l’impianto creerà 1.200 posti di lavoro diretti.

È situata in quella che è conosciuta come la “valle delle batterie” della Francia, perché ProLogium di Taiwan, Envision della Cina e il consorzio franco-tedesco ACC hanno tutti avviato progetti di gigafactory nella regione.

A settembre 2023 Verkor ha chiuso un round di serie C da 850 milioni di euro. Tra gli investitori anche Renault, che si candida ad essere primo cliente.

Gigafactory in Italia

Elon Musk a caccia di gigafactory

Di gigafactory si è parlato molto in occasione dell’incontro a Palazzo Chigi del 15 giugno 2023 tra Elon Musk, il miliardario americano che, tra le altre cose, è il fondatore e CEO di Tesla, e il primo ministro Giorgia Meloni. 

EconomyUp ha già anticipato, in un articolo, i progetti per la realizzazione di gigafactory in Italia. Vediamo ora quali sviluppi ci sono stati nell’ultimo anno.

Stellantis 

A marzo 2022  Stellantis ha annunciato di voler realizzare una gigafactory a Termoli: Automotive Cells Company (ACC) intende trasformare l’attuale stabilimento Stellantis di Termoli in un nuovo impianto dedicato alla produzione di batterie, con un sostegno del governo pari a 370 milioni e un investimento di circa 2,3 miliardi. Stellantis ha finalizzato l’accordo per aggiungere Mercedes-Benz come nuovo partner alla pari con TotalEnergies/Saft e la stessa Stellantis.

Il piano di sviluppo della gigafactory di Termoli prevede la creazione di una gigafactory e la realizzazione di due progetti di ricerca industriale e sviluppo sperimentali su tematiche legate alle future evoluzioni delle batterie e delle tecnologie produttive. Stellantis ha annunciato, nell’ambito del piano strategico Dare Forward 2030, progetti per realizzare globalmente vendite di veicoli elettrici a batteria (BEV) per 5 milioni di unità nel 2030.

A un anno dall’annuncio, Stellantis ha svelato il piano per la transizione dall’attuale stabilimento al nuovo impianto: prevede una cessazione graduale della produzione fino allo stop den 2024, seguito dall’avvio della fabbrica da 40 GWh nel 2026, e l’arrivo alla produzione a pieno regime nel 2030.

Intanto, a maggio 2023, Stellantis ha inaugurato una gigafactory in Francia, a Billy-Berclau/Douvrin: è la sua prima fabbrica di questo tipo in Europa.

Italvolt 

Una gigafactory in Italia? Ci prova Italvot. Ma ci sono problemi.

Il 21 aprile 2022 la società aveva sottoscritto il protocollo d’intesa per il progetto che doveva sorgere nell’ex sito Olivetti di Scarmagno e Romano Canavese. Nel 2023 il progetto della megafabbrica di batterie al litio per auto si è spostato dal Piemonte alla Sicilia. La società parteciperà al bando per l’assegnazione dell’area. Annunciato un investimento da tre miliardi e mezzi di euro in tre anni, duemila posti di lavoro, ma con un budget iniziale di appena cinque milioni. Cauti i sindacati, che chiedono maggiori garanzie proprio per l’esiguità della somma per la prima fase.

Volkswagen 

Ancora a livello di ipotesi i piani di Volkswagen per una gigafactory in Italia attraverso il marchio Audi, che potrebbe sorgere nel territorio della cosiddetta “motor valley”, in Emilia-Romagna, dove il gruppo Volkswagen è già presente con Lamborghini a Sant’Agata Bolognese e Ducati a Borgo Panigale.

SVolt Energy

Ad aprile 2023 SVolt Energy, produttore cinese di batterie, ha dichiarato di voler espandersi in Europa e costruire fino a 5 nuove Gigafactory per rifornire i propri clienti occidentali.

SVolt, nata dalla collaborazione tra BMW e Great Wall Motor, ha già due sedi in Germania e, dal 2025, proprio con una fabbrica tedesca, inizierà a fornire le proprie batterie a Stellantis. Non solo: l’azienda vuole arrivare ad avere una capacità produttiva in Europa di almeno 50 GWh all’anno entro la fine del decennio. A dichiararlo è stato Kai-Uwe Wollenhaupt, a capo della divisione europea. L’idea è quella di poter fornire accumulatori ad almeno 1 milione di vetture elettriche all’anno. “L’industria delle batterie in Europa sta davvero decollando – ha detto Wollenhaupt – e noi vogliamo cavalcare la crescita. Potremmo costruire i nostri impianti produttivi ancor più velocemente se ci fossero più risorse disponibili a livello di terreni e di lavoratori qualificati”.

Tesla, il precursore delle gigafactory 

La prima gigafactory è stata creata da Tesla nel giugno 2014 a Sparks, in Nevada. La gigafactory è stata costruita in varie fasi, in modo che la produzione potesse iniziare immediatamente all’interno delle sezioni finite e continuare a espandersi in seguito. Una volta completata, la gigafactory potrebbe essere il più grande edificio del mondo interamente alimentato da fonti di energia rinnovabile.

Nel 2017 Tesla ha iniziato la produzione di celle e moduli solari presso Gigafactory 2, a Buffalo, New York. Nel 2019 ha aggiunto nuove linee di produzione che supporteranno componenti elettrici per Supercharger e prodotti di accumulo di energia.

Ad aprile 2022 è nata la nuova gigafactory Tesla ad Austin, nota anche come “Giga Texas”. Il complesso è lungo 1,2 km e largo 400 metri.

Tesla in Europa

Una enorme gigafactory di auto elettriche vicino a Berlino: è il primo hub europeo per Tesla, inaugurato il 22 marzo 2022. Una fabbrica da oltre 5 miliardi di euro, ossia il più grande investimento in uno stabilimento automobilistico tedesco nella storia recente e il secondo più grande impianto di batterie agli ioni di litio del mondo, dietro quello di Austin in Texas.

A piena capacità, l’impianto produrrà 500mila auto all’anno, una cifra superiore ai 450mila veicoli elettrici a batteria che la tedesca Volkswagen ha venduto a livello globale nel 2021. La gigafactory di Tesla produrrà batterie al ritmo di 50 gigawattora (GWh) l’anno, sorpassando tutti gli altri impianti presenti in Germania. L’azienda di Elon Musk aveva ricevuto il 4 marzo il via libera definitivo dalle autorità locali per iniziare la produzione, a condizione che soddisfacesse alcune condizioni, come l’uso dell’acqua e il controllo dell’inquinamento atmosferico.

La domanda di batterie EV sta aumentando rapidamente, con un numero di pezzi prodotti nel 2020 superiore del 45% rispetto al 2019. Entro il 2030 la domanda crescerà di quasi 15 volte, a 2.576 GWh in uno scenario di transizione economica. I produttori hanno annunciato piani per un totale di 2.539 GWh di capacità annua prevista entro il 2025. La Cina domina ancora il mercato, ma nelle altre regioni la capacità produttiva sta crescendo (fonte: Electric Vehicle Outlook 2021 – Bloomberg NEF).

(Inizialmente scritto nel 2022 e aggiornato al 19/09/2023)

Articolo originariamente pubblicato il 14 Apr 2023