L'ascesa delle batterie nelle macchine per il verde

I modelli di macchine e attrezzature a batteria sono, nel giardinaggio e nella cura del verde, sempre più richiesti. Dai rasaerba, ai soffiatori, dalle motoseghe ai decespugliatori la gamma delle macchine elettriche è sempre più ampia ed efficiente, grazie all'impiego di tecnologie come quella allo ione di litio che offre performance migliori rispetto ai sistemi utilizzati in passato

La sostenibilità ambientale è alla base dello sviluppo economico e sociale del XXI secolo. Questo comporta il progressivo abbandono dei combustibili di origine fossile con un maggior ricorso a fonti meno inquinanti, o a inquinamento zero, come l’energia elettrica. In questa prospettiva si inserisce l’ascesa dell’impiego delle batterie al litio sempre più potenti e sicure. Il loro utilizzo nel settore del verde è fortemente cresciuto negli ultimi anni, specie per i mezzi portati dall’operatore quali soffiatori, decespugliatori, motoseghe, tagliasiepi… ma anche per i rasaerba robotizzati e i rasaerba con conducente a terra e a bordo. Le macchine così equipaggiate, forniscono prestazioni operative non diverse rispetto ai pari modelli con propulsore alimentato a combustibile.

Batterie al litio-ione

Allo stato attuale, tranne rare eccezioni, le batterie presenti sul mercato sono quelle allo ione di litio. Questo perché il litio è un metallo ad alta densità energetica con un basso peso molecolare e un conseguente alto rapporto: potenziale elettrico/peso. In associazione al litio vengono impiegati altri metalli. Le combinazioni più frequenti sono: litio-ossido di cobalto, litio-nichel-manganese-cobalto, litio-ossido di manganese.

Gli accumulatori al litio, contrariamente a quelli tradizionali, non contengono metalli pesanti e sono per l’80% riciclabili, permettendo così di ridurre, sia l’estrazione della risorsa naturale, sia lo smaltimento. Hanno una lunga durata in quanto la loro vita utile è di 600-900 cicli (un ciclo corrisponde a uno scarico della batteria più una ricarica della stessa). Se la durata è, ad esempio, di 750 cicli, significa che superata questa durata la batteria continuerà a funzionare, ma con prestazioni via via minori sino al completo esaurimento, a cui seguirà il recupero con il riciclo. A seconda delle caratteristiche, i tempi di ricarica delle batterie variano da meno di 1 ora a 4-5 ore, e così pure la durata dopo ogni ricarica, che è condizionata dal carico di lavoro a cui sono sottoposte. Normalmente tale durata è compresa tra i 45 minuti e qualche ora. Gli stessi produttori delle batterie forniscono il sistema di ricarica. In virtù del basso peso, le batterie possono essere inserite direttamente nella macchina o, per aumentarne l’autonomia, possono essere portate a zaino dall’operatore. Più precisamente il peso di una batteria montata sull’attrezzo portato a mano, sia esso un soffiatore, un decespugliatore, o altro, è inferiore a 1 kg, mentre per le batterie più performanti portate a zaino si raggiungono i 5-6 kg. Caratteristica importante è che, sia le batterie, sia i caricatori, sono intercambiabili, nel senso che la stessa batteria può alimentare attrezzi diversi della stessa gamma (ad esempio soffiatore e decespugliatore) e lo stesso caricatore può essere impiegato per batterie montate su attrezzi diversi. Altre due caratteristiche importanti sono date dal fatto che le batterie: non hanno “memoria” e questo significa che possono essere messe sotto carica a prescindere dalla percentuale di scarica; la perdita di carica durante il riposo non supera la percentuale del 2%-3% al mese e questo permette di stoccarle senza doverle ricaricare al momento dell’uso.

 

Macchine e attrezzi alimentati a batteria

Molte sono le ragioni per cui, specie i professionisti della manutenzione del verde, fanno sempre più ricorso agli attrezzi e alle macchine alimentate a batteria. Anzitutto la leggerezza delle macchine portate dall’operatore che le rende più maneggevoli e meno faticose durante l’uso, causando minore sollecitazioni agli arti, per cui si riduce il rischio di lesioni e di malattie muscolo-scheletriche. Il maggior comfort durante l’utilizzo deriva anche dal basso livello sonoro che, per questi attrezzi, in genere non supera gli 80 - 90 dB e che, come tale, risulta meno impattante quando si opera in luoghi frequentati dal pubblico.

Altri elementi alla base della scelta sono: l’avviamento rapido e senza problemi (basta premere un pulsante), la ridotta manutenzione, i minori costi di esercizio e la maggiore durata rispetto agli stessi modelli con motore endotermico; vantaggi che compensano l’investimento iniziale più elevato. Infine, motivo molto importante per quanto attiene la sostenibilità ambientale è la non produzione di emissioni dirette di CO₂ e di altri gas serra. L’ideale sarebbe potere effettuare la ricarica delle batterie con una fonte non inquinante quale quella dei pannelli fotovoltaici.

Qualche esempio di attrezzature e macchine alimentate a batteria

Motoseghe - Diverse sono le case costruttrici e i modelli di motoseghe a batteria. La potenza è compresa tra i 36 V - 3 Ah e i 56 V – 5 Ah, per un peso che varia dai 2,0 ai 4,5 kg, mentre la lunghezza della guida catena va dai 30 ai 40 cm. La velocità di rotazione della catena è dell’ordine di 20 m/s e le prestazioni e i sistemi di sicurezza (arresto automatico della lama, ecc.), sono simili a quelli degli stessi modelli con motore endotermico. L’autonomia della batteria montata sulla motosega è intorno ai 30 minuti. Naturalmente, indipendentemente dal sistema di propulsione, l’affilatura della catena andrà sempre effettuata con cura.

Tagliasiepe – Anche per questa categoria i modelli sono numerosi. Le potenze vanno da 36 V - 1,6 Ah a 56 V-5 Ah, per un peso compreso tra 3,0 e 5,0 kg, mentre la lunghezza della lama va dai 50 ai 70 cm, con uno scartamento tra i denti di 2,0 – 3,5 cm. Alcuni modelli sono dotati di variatore della frequenza dei tagli che è compresa tra i 2000 e 6000 tagli al minuto. I modelli che vengono montati su un braccio telescopico hanno, generalmente, una lama inferiore ai 60 cm.

Soffiatori a mano – Vengono utilizzati per la pulizia di prati, strade, sentieri e altri luoghi, quali le tribune degli stadi dopo le partite. Il materiale da raccogliere è il più vario a seconda delle condizioni di impiego, dalle foglie cadute a terra alla carta, dai barattoli ai sacchetti di plastica, ecc. Il peso minimo senza batteria è di circa 2,5 kg e ciò li rende molto maneggevoli e particolarmente adatti per la pulizia di aree non facilmente accessibili. La portata dell’aria può essere variata e arriva al valore massimo di 900 – 1000 m³/h, con una velocità che va da 50 a 200 km/h. Il livello di vibrazione è ridotto e anche il livello sonoro non supera gli 80 dB, contro i 120 dB di un soffiatore con motore endotermico.

Decespugliatori - Indispensabili per la manutenzione dei parchi, dei giardini e dei bordi stradali, vengono realizzati in diverse versioni. In genere sono multifunzionali potendo montare diverse testine di taglio, da quelle a filo a quelle a lame. Le potenze vanno dai 200 W ai 2,0 kW, per un peso compreso tra i 2,0 kg e i 5,0 kg, mentre la larghezza di lavoro è sui 35 – 40 cm. Le vibrazioni sono contenute (inferiori a 1,25 m/s2) e così il livello sonoro (inferiore a 85 dB). Per gli impieghi in ambiente urbano vengono realizzate versioni senza protezioni, grazie alle testine con doppia lama tra loro controrotanti. Il regime di rotazione a vuoto è intorno ai 6000 giri/min ed è variabile per adeguarlo alle condizioni di impiego, con possibilità di inversione del senso di rotazione per facilitare la pulizia della testina di taglio.

Forbici elettriche – Consentono di ridurre la fatica del lavoro di potatura. Sono leggere con peso tra i 600 grammi e 1,0 kg. Esistono modelli con lame intercambiabili, con diametro di taglio massimo da 30 a 45 mm e con apertura massima delle lame da 55 a 70 mm, regolabile a seconda del diametro del ramo.

Rasaerba con conducente a terra – Hanno una crescente diffusione grazie alle prestazioni di taglio non diverse da quelle dei rasaerba con motore endotermico. Possono essere a spinta o semoventi. La potenza del motore va da valori minimi di 250 W a oltre 1 kW. La larghezza di lavoro è compresa tra un minimo di 30-35 cm a un massimo di 60 cm, mentre l’altezza di taglio è regolabile tra i 25 e i 70 mm. Possono effettuare sia il taglio mulching e sia il taglio con raccolta nel cesto (capacità da 35 a 70 litri). I modelli semoventi rispetto alla versione con motore endodermico hanno un costo orario di esercizio 7 – 10 volte inferiore (escluso la manodopera).

Rasaerba con conducente a bordo – Alcune case costruttrici hanno messo sul mercato macchine a batteria, nella versione con apparato di taglio a lame orizzontali, e macchine ibride, nella versione a lame elicoidali per campi da golf. I rasaerba elettrici alimentati a batteria hanno una larghezza di lavoro di 80 - 85 cm e potenza massima di 5,2 kW, con altezza di taglio compresa tra 25 e 70 mm. I rasaerba ibridi nella versione, sia per green e sia per fairway, presentano soluzioni costruttive interessanti che consentono un sensibile risparmio di combustibile. Il circuito idraulico dei cilindri di taglio è stato eliminato e sostituito con un alternatore che ne mantiene il regime alla velocità voluta, permettendo così al motore di funzionare a un regime più basso. Così, con specifico riferimento al modello per green a tre cilindri di taglio, il motore anzichè funzionare a un regime di 3000 giri/min, opera al regime di 2250 giri/min; questo consente un risparmio orario di combustibile del 25-30%.

Rasaerba robotizzati – L’impiego di questi robot è crescente sia nei giardini e sia nei campi sportivi. Le larghezze di lavoro vanno dai 20 a oltre 100 cm, consentendo di dominare superfici di tappeto erboso dai 500 ai 20000 m² e di superare pendenze del 45%. L’apparato di taglio è a lame (da 1 a 3) e l’altezza di taglio va da 20 a 60 mm. Una volta delimitato il perimetro del tappeto erboso, il robot si muove all’interno della superficie e, grazie ai sensori e ai captatori di cui è dotato, elude gli eventuali ostacoli sul suo percorso (alberi, massi, aiuole, ecc). La ricarica delle batterie avviene in modo automatico, con possibilità di trasmettere all’utilizzatore, tramite SMS, eventuali problemi di operatività. L’autonomia è normalmente compresa tra i 60 e i 90 minuti. Su alcuni modelli, l’installazione di un sistema GPS stabilisce una carta del giardino e i percorsi da seguire.

Prospettive future

La mobilità su strada sta andando sempre più verso macchine ibride e completamente elettriche. Le principali case automobilistiche sono impegnate in questa direzione anche se è difficile prevedere i tempi di questo cambiamento.

L’evoluzione dell’automotive ha anche portato allo studio e alla ricerca di batterie sempre più efficienti. Tra le soluzioni che si prospettano vi è quella delle batterie allo stato solido. Si tratta della sostituzione dell’elettrolita allo stato liquido con uno allo stato solido, sempre al litio. In questo modo aumenta la densità energetica e conseguentemente, a parità di condizioni, anche l’autonomia. Inoltre, l’elettrolita allo stato solido elimina il surriscaldamento della batteria e, quindi, riduce anche il rischio della sua esplosione. Oltre ad essere più sicure, queste batterie con elettrolita solido, hanno maggiore durata e richiedono minori tempi di ricarica. Altro indirizzo della ricerca è la sostituzione del cobalto che, nelle batterie di un’auto, può raggiungere il peso di 14-15 kg. A destare preoccupazione, pur prescindendo dal costo sempre più elevato del cobalto, è il fatto che il 65% del totale mondiale si trova nella Repubblica Democratica del Congo. Oltre ai problemi geopolitici di questa area, preoccupa l’acquisizione da parte della Cina del monopolio della raffinazione di questo metallo. Da qui la ricerca di batterie al litio senza cobalto, sostituito da altri metalli come nichel, ferro-fosfato e manganese. In queste ricerche ci si avvale anche dell’Intelligenza Artificiale al fine di trovare, tra le molte combinazioni possibili, quelle che possono rappresentare un valido sostituto agli attuali metalli impiegati.