Il miglioramento della capacità di stoccaggio dell’elettricità svolge un ruolo fondamentale per la transizione verso tecnologie di energia pulita: secondo uno studio congiunto dell’Ufficio Europeo dei Brevetti (Epo) e dell’Agenzia Internazionale dell’energia (Aie), fra il 2005 e il 2018 l’attività brevettuale relativa alle batterie e alle altre tecnologie di stoccaggio dell’elettricità è cresciuta globalmente a un tasso annuale del 14%, quattro volte più velocemente della media di tutti i settori tecnologici.
Il rapporto, Innovation in batteries and electricity storage – a global analysis based on patent data (“Innovazione nel settore delle batterie e dello stoccaggio di elettricità – Un’analisi basata sui dati brevettuali”), rileva che le batterie contano per quasi il 90% di tutte le attività brevettuali nel campo dello stoccaggio di elettricità e che la crescita dell’innovazione è spinta principalmente dai progressi nel settore delle batterie ricaricabili agli ioni di litio (Li-ion) utilizzate nei dispositivi elettronici di consumo e nelle auto elettriche. La mobilità elettrica in particolare favorisce lo sviluppo di nuovi prodotti chimici agli ioni di litio volti a migliorare la produzione di potenza, la durata, la velocità di carica/scarica e la riciclabilità. Il progresso tecnologico è alimentato anche dalla necessità di integrare, nelle reti elettriche, maggiori quantità di energia rinnovabile come quella eolica e quella solare.
Lo studio rileva inoltre che il Giappone e la Corea del Sud hanno hanno evidenziato un forte vantaggio a livello globale riguardo alla tecnologia delle batterie precedendo di varie lunghezze Europa, Cina e Stati Uniti nel numero di brevetti internazionali richiesti.
In Europa, tra il 2000 e il 2018, è stata la Germania il Paese che ha richiesto più brevetti (5080) in tale campo di applicazione, precedendo la Francia (1354 brevetti) e il Regno Unito (652). Nel medesimo periodo, l’Italia ha contribuito con 263 richieste di brevetti internazionali (il 40% dei quali sono stati avanzati tra il 2014 e il 2018 evidenziando un trend in crescita negli ultimi anni)
Lo studio mostra inoltre che negli ultimi anni il progresso tecnico e la produzione di massa in un settore sempre più maturo hanno portato a un significativo calo dei prezzi delle batterie, circa il 90% dal 2010 nel caso delle batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici e circa due terzi nello stesso periodo rispetto alle applicazioni fisse, inclusa la gestione della rete elettrica.
Sviluppare mezzi di stoccaggio dell’energia che siano migliori e più economici è una sfida importante per il futuro. Secondo lo Scenario per lo sviluppo sostenibile della Aie, affinché il mondo possa raggiungere gli obiettivi climatici e di energia sostenibile previsti, entro il 2040 saranno necessari a livello mondiale quasi 10mila gigawattora di batterie e altri sistemi di accumulo dell’energia, cioè una cifra pari a 50 volte le dimensioni del mercato attuale.
“La tecnologia per lo stoccaggio dell’energia è fondamentale per rispondere alla domanda di mobilità elettrica e realizzare il passaggio all’energia rinnovabile che è necessaria se si vuole mitigare il cambiamento climatico”, spiega il presidente di Epo António Campinos. “L’aumento rapido e sostenuto dell’innovazione nello stoccaggio dell’elettricità dimostra che gli inventori e le aziende stanno affrontando la sfida della transizione energetica. I dati brevettuali rivelano che mentre l’Asia ha un forte vantaggio in questo settore strategico, anche gli Stati Uniti e l’Europa possono contare su un un ricco ecosistema di innovazione, che include un gran numero di Pmi e istituti di ricerca, che possono aiutarli a rimanere in gara per la prossima generazione di batterie”.
Le proiezioni dell’Aie indicano chiaramente che lo stoccaggio di energia crescerà in maniera esponenziale nei prossimi decenni, per consentire al mondo di far fronte agli obiettivi internazionali riguardo al clima e all’energia sostenibile. L’accelerazione dell’innovazione sarà essenziale per raggiungere tale crescita”, ha dichiarato il direttore esecutivo dell’Aie Fatih Birol. “Combinando i punti di forza complementari dell’Aie e dell’Ueb, questo rapporto getta nuova luce sulle tendenze attuali dell’innovazione per aiutare i governi e le aziende a prendere decisioni informate per il nostro futuro energetico”.
L’innovazione nello stoccaggio dell’energia è in rapida crescita
A partire dal 2000, aziende di tutto il mondo hanno depositato oltre 65mila famiglie di brevetti internazionali (Fbi) nel settore dello stoccaggio di energia. Il numero annuo di Fbi è è salito vertiginosamente, da circa 1.500 nel 2005 a oltre 7mila nel 2018. Con una crescita annua media del 14% dal 2005, questo aumento ha notevolmente superato l’aumento medio annuo dell’insieme di tutti i settori tecnologici nello stesso periodo (3,5%).
L’aumento dei veicoli elettrici sta potenziando l’innovazione relativa agli ioni di litio
Il rapporto rileva che la tecnologia agli ioni di litio (Li-ion), dominante nell’elettronica portatile e nei veicoli elettrici, ha alimentato la maggior parte dell’innovazione delle batterie a partire dal 2005. Nel 2018 i progressi nel settore delle celle agli ioni di litio erano oggetto del 45% dell’attività brevettuale relativa alle celle delle batterie, contro solo il 7% per le celle basate su altri prodotti chimici.
Nel 2011, i veicoli elettrici hanno superato l’elettronica di consumo come principale motore di crescita per le invenzioni relative alle batterie agli ioni di litio. I miglioramenti dei pacchi batterie per le auto elettriche hanno prodotto effetti di ricaduta positivi sulle applicazioni fisse, inclusa la gestione della rete elettrica.
Inoltre, stanno rapidamente emergendo altre tecnologie di stoccaggio, dotate del potenziale per affrontare alcuni dei punti deboli delle batterie agli ioni di litio, ad esempio i supercapacitori e le batterie redox.
Aziende asiatiche in testa
Lo studio rileva che le aziende asiatiche dispongono di un chiaro vantaggio nella gara globale relativa alla tecnologia delle batterie, con le aziende giapponesi e sudcoreane in prima linea. Le aziende asiatiche rappresentano nove delle prime dieci aziende mondiali che hanno depositato domande di brevetto relative alle batterie e due terzi delle prime venticinque, che comprendono anche sei aziende europee e due statunitensi. I primi cinque richiedenti (Samsung, Panasonic, LG, Toyota e Bosch), insieme, hanno dato origine a un quarto di tutti gli Fbi tra il 2000 e il 2018.
Mentre l’innovazione nella tecnologia delle batterie è tuttora ampiamente concentrata in un gruppo limitato di aziende molto grandi, negli Stati Uniti e in Europa, alcune aziende più piccole, università ed enti pubblici di ricerca svolgono anch’essi un ruolo notevole.
Per quanto riguarda gli Stati Uniti, le Pmi rappresentano il 34,4% e le università/organizzazioni di ricerca il 13,8% degli FBI depositati. Per l’Europa i dati sono rispettivamente del 15,9% e del 12,7%, in contrasto con quelli del Giappone (3,4%, /3,5%) e della Repubblica di Corea (4,6%/9,0%).