Le batterie alimenteranno grandi navi portacontainer?
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In fatto di batterie, la prima cosa che ci viene in mente sono le automobili, che in quest'ambito hanno assorbito gran parte della nostra attenzione; poi viene spontaneo pensare ai nostri piccoli dispositivi, che usano anch'essi le batterie. L'idea, però, che queste ultime possano alimentare anche le grandi navi o gli aerei lascerebbe perplessi molti di noi, perché è naturale pensare che possano sorgere ostacoli per l'utilizzo su vasta scala.
Trasporto marittimo: inquinamento e regolamenti in quantità all'orizzonte
Ogni anno vengono trasportati via mare pressappoco 11 miliardi di tonnellate di merci, vale a dire il 90% del commercio mondiale in termini di volume, consumando annualmente circa 3,5 milioni di barili di combustibile pesante di bassa qualità1.
Questo combustibile concorre significativamente all'inquinamento. In quale misura?
- Secondo una stima, nel 2018 le navi hanno emesso il 2,5% del biossido di carbonio generato dall'uomo; entro il 2050 potrebbero essere responsabili addirittura del 17% delle emissioni complessive di CO22.
- Da un'altra stima è emerso che una grande nave emette le quantità di biossido di carbonio, ossido di azoto e polveri sottili (nonché altre particelle cancerogene) che emettono rispettivamente 70.000, 2 milioni e 2,5 milioni di auto3.
L'Organizzazione marittima internazionale (IMO) ha indicato gli interventi da realizzare per ridurre le emissioni marittime, in linea con l'accordo di Parigi. Uno degli obiettivi: ridurre del 50% le emissioni di CO2 entro il 20504.
Che cosa fanno attualmente le navi?
Le navi stanno già cercando di ottimizzare le loro rotte o di viaggiare più lentamente, in modo da consumare meno carburante; si sta lavorando anche sui sistemi ibridi. Tuttavia, a prescindere dalla navigazione più lenta o dal ricorso a metodi per "passare all'ibrido" (combinando cioè un motore elettrico con uno a combustione interna), si ritiene attualmente che le emissioni sarebbero ridotte del 10-15%: meglio di niente, ma lontano dal 50%5.
Navi o aerei? La questione della densità energetica
Che si debba volare, decollare da terra o far spostare una nave sull'acqua, è abbastanza semplice sapere quanta energia occorra per ciascuna di queste cose. Qui stiamo considerando la fonte di questa energia ed è importante osservare che, teoricamente, si potrebbe impiegare qualsiasi fonte, ma ogni scelta comporta alcuni inconvenienti.
Il più evidente di questi inconvenienti è costituito dalla "densità energetica", ossia dalla quantità di energia che può essere estratta per unità di peso. I combustibili composti da idrocarburi hanno una densità energetica sensibilmente più elevata delle batterie attuali, ed è per questo che si tende a indicare il peso della batteria in un veicolo elettrico o ad affermare che l'aggiunta di batterie negli aerei comporta un aumento considerevole di peso difficile da compensare. A seconda del tipo specifico di carburante in esame e dalla specifica composizione chimica delle batterie, le statistiche mostrano che la densità energetica dei combustibili a base di idrocarburi è da 50 a 100 volte più elevata rispetto alle batterie attuali6.
In conclusione, con i combustibili a base di idrocarburi si ottiene la stessa energia a fronte di un peso di gran lunga inferiore.
Ora, in una portacontainer gigantesca, il peso è un aspetto assai meno preoccupante di quanto lo sia per un veicolo che debba solcare il cielo; il fatto di ripartire il peso della nave in modo che sia distribuito più uniformemente nell'acqua potrebbe persino risultare vantaggioso.
Se si considera l'impostazione attuale, che è fonte di tanto inquinamento e in cui è possibile che l'aggiunta di peso incrementale non rappresenti la preoccupazione principale, il trasporto marittimo potrebbe offrire la massima resa con la minima spesa, per così dire.
Fleetzero: una start-up che introduce l'alimentazione a batteria nel trasporto marittimo
È interessante notare che i fondatori di Fleetzero hanno ribaltato la questione chiave: anziché tentare di usare le batterie per alimentare le navi più grandi in sostituzione del combustibile sporco e inquinante, si sono resi conto che il motivo per cui le navi operano nel modo attuale, con la possibilità di viaggiare per il mondo con un solo pieno, è riconducibile al percorso storico dell'innovazione che ci ha portati fino a questo punto. Le navi più piccole, che si fermano più spesso in diversi porti, potrebbero essere alimentate molto più facilmente impiegando la tecnologia delle batterie7.
Invece di modificare navi che sono state ottimizzate per l'uso dei combustibili fossili, perché non rivedere le modalità di costruzione e di funzionamento delle navi in relazione alla tecnologia delle batterie?
L'innovazione introdotta da Fleetzero prevedrebbe batterie grandi come container che possono essere inserite ed estratte dalle navi e ricaricate negli orari della giornata in cui il prezzo dell'elettricità è più basso. La start-up sta costruendo queste batterie-prototipo e, col tempo, potrebbe dedicarsi anche alla costruzione di intere navi. I clienti stanno già alimentando la domanda di spedizioni a zero emissioni di CO2: società come Ikea, Patagonia e Amazon ne stanno già discutendo e contano di raggiungere questo obiettivo entro il 20408.
È altresì interessante osservare che questo approccio consentirebbe ulteriori innovazioni della tecnologia delle batterie, grazie alla possibilità di inserirle ed estrarle, in modo da permettere a nuovi sistemi di accumulo dell'energia, tra cui quelli della stessa Fleetzero, di affermarsi e prosperare.
Lo stoccaggio dell'energia rappresenta uno dei settori prioritari più appassionanti dei prossimi decenni
Con i riflettori del mondo puntati sui cambiamenti climatici, esiste dunque un elemento catalizzatore per tenere costantemente d'occhio lo sviluppo di soluzioni diverse per l'accumulo di energia da usare "on-demand". Le fonti energetiche sono pressoché illimitate: pensate solo alla possibilità di riunire e catturare efficacemente tutta l'energia del sole che scalda il nostro pianeta in un determinato giorno; il problema, però, consiste nel trasformare quell'energia in una forma che possa essere immagazzinata e utilizzata come e dove necessario. Dal momento che le tecnologie in fase di studio sono numerosissime, siamo certi che i prossimi decenni saranno forieri di svolte imprevedibili.
Fonti
1 Fonte: Kersey et al. “Rapid battery cost declines accelerate the prospects of all-electric interregional container shipping.” Nature Energy. Volume 7. Luglio 2022.
2 Fonte: Kersey et al. Luglio 2022.
3 Fonte: https://www.infineon.com/cms/en/discoveries/electrified-ships/
4 Fonte: Kersey et al. Luglio 2022.
5 Fonte: Kersey et al. Luglio 2022.
6 Per fornire una cifra esatta, occorrerebbe specificare un tipo di combustibile ben preciso e una composizione chimica delle batterie ben precisa; questo aspetto non viene trattato in questa sede, ma esistono molte fonti potenziali disponibili per approfondirlo.
7 Fonte: Peters, Adele. “This start-up designed an electric cargo ship to cross the ocean.” Fast Company. 6 aprile 2022.
8 Fonte: Peters, 6 aprile 2022.