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

LA GUIDA

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



Le enormi fabbriche di auto elettriche e batterie si vanno diffondendo in tutto il mondo. Il primato lo detiene l’americana Tesla, ma anche Europa e Italia si stanno muovendo per aumentare la capacità di produzione e far fronte alla crescente richiesta di veicoli elettrici. Ecco dove sono e come sono fatte le gigafactory

di Pierluigi Sandonnini

03 Mag 2022


La gigafactory di Tesla in Texas

Una enorme gigafactory di auto elettriche vicino a Berlino: è il primo hub europeo per Tesla, inaugurato lo scorso 22 marzo. 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).

Ma cosa è una gigafactory e quante ne esistono in Europa e in Italia?

Cosa significa gigafactory 

Secondo il vocabolario Treccani, il termine gigafactory (anche giga-factory) indica una fabbrica di dimensioni molto grandi. Il termine è mutuato pari pari dall’inglese, dove 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’. Inizialmente, gigafactory era la denominazione di una evoluzione produttiva integrata delle aziende della Tesla Motors, poi il termine è stato esteso a qualsiasi fabbrica di grandi dimensioni operante nel settore della mobilità elettrica.

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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 Italia

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 è arrivata la conferma di Stellantis nella realizzazione di 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.

Italvolt 

Pronta a partire anche Italvolt, che lo scorso 21 aprile ha sottoscritto il protocollo d’intesa per il progetto che sorgerà nell’ex sito Olivetti di Scarmagno e Romano Canavese. Il protocollo riguarda il coordinamento delle azioni e delle procedure degli enti sottoscrittori: Regione Piemonte, Città Metropolitana di Torino e i comuni di Scarmagno, Romano Canavese e Ivrea, per una più efficiente azione amministrativa unitaria.

Il progetto Italvolt prevede la produzione di batterie a ioni di litio a partire dalla seconda metà del 2024; impiegherà fino a 3 mila dipendenti e si estenderà su una superficie complessiva di 1 milione di metri quadrati, per una capacità produttiva a regime di 45 GWh l’anno.

Volkswagen 

Ancora a livello di ipotesi, invece, 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.

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.

La gigafactory Tesla di Austin (Texas)

(Fonte: Tesla)

 

(Aggiornato: 28/06/2022)

INFOGRAFICA
Industry 5.0, guida per COO: come interpretare e valorizzare i dati di filiera
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Pierluigi Sandonnini

Ho una formazione ibrida, tecnologica e umanistica. Nuove tecnologie I&CT e trasformazione digitale sono i miei principali campi di interesse. Ho iniziato a lavorare nella carta stampata, mi sono fatto…