Mobilità elettrica : problematiche ambientali e sicurezza delle batterie agli ioni di litio

The heavy dependence on fossil fuels in industry, energy and transport is one of the main causes of high global pollution, as well as global warming due to the greenhouse effect. Precisely for this reason, electric mobility in recent decades is increasingly gaining ground, with the goal of moving from 2.5 million units sold in 2017 to 164 million in 2030. Analyzing the electric cars market, it is clear that the technologies which dominate the current scene, are essentially based on lithium ion batteries. In the present thesis work, in addition to analyzing the available traction technologies, linked to lithium batteries and highlighting the high demand for raw material needed to ensure energy efficiency, a detailed analysis was made on the actual environmental availability lithium itself and on the extraction methods from brines, minerals and sea water. Although the conversion to electric mobility can greatly benefit the above-mentioned environmental problems, the LCA analysis carried out during the study clearly shows that the goal of reducing global warming can only be achieved by combining the advent of total green cars, a change on the sources of energy supply, turning also in this sense on the renewable. In addition to the environmental safety aspect, attention was also focused on the safety aspect of the lithium battery, analyzing the possible runaway scenarios, provoked by shocks, electrical or thermal problems. Finally, with the aim of guaranteeing an increase in safety on board the electric car, a revision of the mechanical and technical design relating to the strategic positioning of the battery pack has been proposed.

La forte dipendenza dai combustibili fossili in ambito industriale, energetico e nei trasporti, è una delle principali cause dell’elevato inquinamento globale, nonché del surriscaldamento del pianeta per via dell’effetto serra. Proprio per questo motivo la mobilità elettrica negli ultimi decenni sta prendendo sempre più piede, ponendosi come obiettivo quello di passare dai 2,5 milioni di esemplari venduti nel 2017 ai 164 milioni nel 2030. Analizzando il mercato delle automobili elettriche, emerge chiaramente che le tecnologie che dominano la scena attuale, si basano essenzialmente sulle batterie agli ioni di litio. Nel presente lavoro di tesi, oltre ad analizzare le tecnologie di trazione disponibili, legate alle batterie al litio ed evidenziare l’elevata richiesta di materia prima necessaria per poter garantire l’efficienza energetica, è stata fatta un’analisi dettagliata sull’effettiva disponibilità ambientale del litio stesso e sulle modalità di estrazione da salamoie, minerali ed acqua marina. Nonostante la conversione alla mobilità elettrica possa giovare fortemente alle problematiche ambientali sopracitate, l’analisi LCA svolta durante lo studio, mostra chiaramente che l’obiettivo di riduzione del surriscaldamento globale può essere conseguito esclusivamente, associando all’avvento delle automobili total green, un cambiamento relativo alle fonti di approvvigionamento energetico, virando anche in questo senso sul rinnovabile. Oltre all’aspetto di sicurezza ambientale, è stata, inoltre, posta l’attenzione sull’aspetto relativo alla sicurezza della batteria al litio stessa, analizzando i possibili scenari di runaway, provacate da urti, problematiche di tipo elettrico o termico. Infine, con lo scopo di garantire un incremento della sicurezza a bordo dell’automobile elettrica, è stata proposta una revisione della progettazione meccanica e tecnica relativa al posizionamento strategico del pacco batterie.