Bici elettrica e batteria al litio

Caratteristiche, funzionamento ed impatto ambientale

Le biciclette elettriche a pedalata assistita rappresentano il presente e soprattutto il futuro della mobilità ecosostenibile, tutte le grandi città del mondo hanno attivato servizi di bike-sharing per favorirne l’utilizzo e la loro diffusione sta prendendo quota anche tra i consumers privati. Ma l’e-bike è davvero ecosostenibile?. 

Come funziona una bici elettrica 

La bici elettrica può essere definita come un veicolo ibrido perché utilizza la forza muscolare insieme a quella elettrica di un motore. La batteria è la fonte primaria di energia dell’e-bike ed è in grado di fornire la potenza elettrica durante la guida. 

Nel momento in cui iniziamo a pedalare la batteria entra in funzione e trasmette potenza elettrica al motore, controllato da una centralina che si interfaccia con alcuni sensori presenti sulla bicicletta, attivando la cd. pedalata assistita. 

I sensori, generalmente posizionati sul telaio dell’e-bike, forniscono in tempo reale valori biometrici, come ad esempio la cadenza della pedalata, per regolare la spinta aggiuntiva adeguata che il motore deve fornirci per rendere agevole la pedalata stessa. 

Le prestazioni e l’efficienza della batteria sono fondamentali per un utilizzo confortevole della bici, permettendoci ad esempio di ripartire agevolmente in salita o di aumentare la velocità in piano.  

Le batterie comunemente utilizzate sono ai Litio Ioni, maneggevoli e facilmente rimovibili, con grandi capacità, prive del cd. effetto memoria e pertanto ricaricabili in qualsiasi momento. Si tratta di batterie da 36Volt o più frequentemente da 48Volt, che permettono grandi prestazioni in termini di erogazione di potenza elettrica garantendo una velocità che può arrivare anche ai 45 km/h. 

Cos’è una batteria agli ioni di litio

Un batteria al litio è composta da una serie di “celle” poste in sequenza che sono l’elemento capace di generare energia elettrica. Ogni cella è caratterizzata principalmente da tre elementi, un elettrodo positivo (catodo), uno negativo (anodo) ed una sostanza chimica denominata elettrolita. Quando carichiamo la batteria gli ioni di litio “viaggiano” dal catodo all’anodo passando attraverso l’elettrolita, quando invece la batteria inizia a scaricarsi gli ioni si spostano dall’anodo al catodo. Nell’immagine che segue possiamo vedere la struttura di una cella. 

Abbiamo detto però che una batteria al litio è costituita da una serie in sequenza in celle, e questo può essere un elemento di criticità, infatti la durata e l’efficienza della batteria dipendono anche dall’omogeneità di funzionamento delle celle. 

Se il funzionamento anche di una sola cella si discosta dalle altre la batteria risulterà nel suo complesso sbilanciata e questo andrà ad incidere in maniera determinante sia sull’efficienza che sulla durata nel tempo della batteria. Se le celle si comportano tutte nello stesso modo, quando carichiamo la batteria avremo la stessa quantità di energia in ogni cella, e parimenti quando la batteria si scarica le celle si troveranno tutte nello stesso stato. Se invece la batteria è in una condizione di disequilibrio, quando caricheremo la batteria la cella che per prima avrà raggiunto il punto di tensione massima interromperà la carica della batteria lasciando le altre non completamente cariche. Utilizzando la batteria la cella meno carica raggiungerà la tensione minima e la batteria smetterà di erogare energia sebbene le altre celle siano di fatto ancora cariche. 

Come salvaguardare la batteria al litio dell’E-Bike

Le batterie delle bici elettriche hanno bisogno di cura e manutenzione se si vuole prolungarne nel tempo la durata e prevenire il cd. invecchiamento chimico. 

Come già detto un elemento basilare delle celle che compongono le batterie è l’elettrolita, una sostanza chimica viscosa che risente delle basse temperature. Più la temperatura, cui è esposta la batteria, è bassa più aumenta la viscosità dell’elettrolita rendendo meno agevole il passaggio degli ioni di litio nella fase di carica e scarica.  

Cerca di non esporre la batteria a temperature troppo fredde e inizia la carica solo se la batteria si trova a temperatura ambiente, evitando di iniziare il ciclo di carica se la batteria risulta essere troppo calda. 

Un altro accorgimento utile consiste nell’evitare di portare la batteria allo 0% di tensione e di iniziare invece il ciclo di carica quando la batteria sarà al 10-15%.  

È consigliabile utilizzare gli alimentatori originali forniti in dotazione. Quando la batteria è carica, il flusso di corrente viene interrotto dal BMS della bici, mantenendo, però, la cella alla sua tensione di fine carica (al 100%) per evitare che si scarichi durante la notte. 

Attenzione, questa pratica potrebbe essere molto dannosa per la batteria della tua bici. 

Scopri cos’è la tensione di fine carica

Inoltre, in caso di periodi prolungati di inutilizzo della bici è utile rimuovere la batteria dall’e-bike e conservarla a temperatura ambiente con una percentuale di carica tra il 30% ed il 60%, evitando assolutamente di conservarla completamente scarica. 

Dobbiamo in ogni caso considerare che tutte le batterie ai Litio Ioni hanno una durata limitata, un’età chimica che raggiungono dopo un determinato numero di cicli di carica. Le nostre abitudini di ricarica e gli accorgimenti prima indicati possono prolungare però la durata effettiva della batteria. 

Bici elettriche e batterie al litio il paradosso ecologico

Secondo studi recenti dell’IEA, Agenzia Internazionale dell’Energia, tra il 2010 e il 2019 si è registrato su scala mondiale un incremento esponenziale del numero di veicoli elettrici. Il fenomeno è stato favorito dalle politiche interne dei singoli paesi oltre che da numerose iniziative a livello globale in favore della mobilità ecosostenibile.

I veicoli ecologici non producono emissioni inquinanti ma la produzione delle batterie di cui sono dotati richiedono l’estrazione massiva di minerali come il litio, il cobalto e la grafite. L’aumento della domanda di veicoli elettrici ha come conseguenza diretta l’aumento della domanda di queste materie prime con numerosi rischi ambientali connessi alla loro estrazione. 

Il cd. “triangolo del litio”, Cile-Argentina-Bolivia, rappresenta uno dei maggiori giacimenti di litio ed è proprio questa parte del pianeta a destare le maggiori preoccupazioni sotto il profilo ambientale. Il litio viene estratto con un procedimento che prevede l’evaporazione di acqua salina spinta meccanicamente dal sottosuolo, il processo di evaporazione incide in maniera importante sulle risorse di acqua potabile a rischio salinizzazione. È stimato che in questi paesi del sud America oltre il 60% dell’acqua è utilizzato per l’estrazione del litio con gravi danni, immediati e futuri, per le popolazioni che vivono in quelle zone. 

Un altro aspetto che presenta criticità sotto il profilo della tutela ambientale è lo smaltimento delle batterie e il loro possibile riciclo. I costi esorbitanti, la differenza tra i vari prodotti chimici utilizzati nella fabbricazione e il rischio ambientale rendono il riciclo delle batterie difficoltoso. Il riciclo delle batterie al litio si concentra attualmente sul recupero solo di alcuni elementi come il cobalto. Ad oggi non esistono sostanzialmente statistiche ufficiali sui volumi di riciclo delle batteria al litio, alcuni studi indicano che meno del 5% delle batterie esauste viene riciclato. 

Articolo di Dario Ranieri