I prodotti a batteria nella gestione del verde: potenzialità e problemi

I dati Comagarden/Morgan sulle vendite di mezzi per il giardinaggio e la cura del verde evidenziano, all’interno di un mercato in ripresa, il grande successo delle tecnologie alimentate con motore elettrico. Una panoramica delle tipologie di prodotto che si avvalgono del motore elettrico, dalle macchine semoventi con conducente a bordo fino alle attrezzature portate dall’operatore. I vantaggi ambientali e il problema dello smaltimento e recupero delle batterie usate

Il dibattito sul cambiamento climatico ha fatto crescere l’attenzione sulla necessità di avere più aree a verde, di mettere a dimora più alberi, di creare foreste urbane e periurbane, ed anche su come e con quali mezzi attuare la manutenzione del verde nel rispetto della sostenibilità ambientale. La crescita continua dell’impiego di macchine e attrezzature azionate a batteria e come tali meno inquinanti, rispecchia questa maggiore sensibilità alle tematiche ambientali. I numeri di mercato ne sono un chiaro indice. I dati delle vendite delle macchine per il giardinaggio, in Italia, nei primi nove mesi del 2021 elaborati da Comagarden/Morgan, non solo indicano un incremento generale del comparto rispetto allo stesso periodo del 2020, ma evidenziano anche come, all’interno di ogni tipologia di macchina e attrezzatura, i modelli azionati a batteria abbiano avuto i più alti incrementi, con punte superiori al 45% per i rasaerba e per i soffiatori/aspiratori.

 

Macchine e attrezzature azionate da batterie agli ioni di litio

L’alimentazione elettrica delle macchine e attrezzature per il giardinaggio è, nella generalità dei casi, fornita dalle batterie agli ioni di litio in combinazione con altri metalli. Le combinazioni più frequenti sono: litio-ossido di cobalto, litio-ossido di manganese, litio-nichel-manganese-cobalto. L’impiego del litio è dovuto al suo basso peso molecolare e alla alta densità energetica, per cui le batterie hanno un basso peso rispetto al potenziale elettrico. Più precisamente il peso di una batteria agli ioni di litio montata su un’attrezzatura portata a mano, come può essere un decespugliatore, è pari a 1-2 kg con una durata che a seconda delle condizioni di lavoro è compresa tra i 45 minuti e anche più di 1 ora. Per le batterie più performanti portate a zaino, in quanto più pesanti (si raggiungono i 5-6 kg), si arriva a durate di 3-5 ore e oltre. Queste batterie hanno una vita utile pari a 600-900 cicli, con tempi di ricarica contenuti. Non hanno memoria, per cui possono essere messe in carica a prescindere dalla percentuale di scarica. Inoltre, la perdita di carico durante i periodi di non utilizzo è molto contenuta e non supera la percentuale del 2%-3% al mese. Questo consente di non doverle ricaricare subito dopo uno stoccaggio anche prolungato. Si è detto della diffusione crescente dell’alimentazione elettrica a batteria per le macchine e attrezzature per il giardinaggio; vediamo ora qualche esempio.

 

Rasaerba

Rasaerba con conducente a terra. Abbiamo già sottolineato che, insieme ai soffiatori/aspiratori, è la categoria che nei primi nove mesi del 2021 ha fatto registrare incrementi di immatricolazione superiori al 45% rispetto allo stesso periodo del 2020. La potenza del motore di questi rasaerba, generalmente con apparato di taglio di tipo a lame rotanti orizzontali, è compresa tra i 250 e i 1.500 W, con larghezza di taglio che va dai 30 – 35 cm agli 80 cm. Possono effettuare sia il taglio mulching, sia il taglio con raccolta nel cesto. L’autonomia è condizionata da diversi fattori, quali l’orografia del terreno (pendenza), la densità, l’altezza e il grado di umidità dell’erba. Le lame, semplici o doppie, sono generalmente in acciaio temprato ed operano a un regime intorno ai 3.000 giri/min. Molto curata è anche la geometria del carter al fine di assicurare un taglio netto e una rapida espulsione dell’erba. Per aumentare l’autonomia vi sono modelli con due postazioni per le batterie, in modo che quando la prima si scarica entra in funzione la seconda. Sempre per aumentare l’autonomia esistono anche versioni che, oltre avere le due postazioni di batterie fisse, attraverso un’applicazione è possibile aggiungere una batteria portata dorsalmente dal conducente. Con un’autonomia intorno alle 3 – 3,5 ore queste macchine possono dominare una superficie a prato sino a 3.500 – 4.000 m² offrendo le stesse prestazioni di un pari rasaerba con motore endotermico.

Rasaerba con conducente a bordo. I modelli di media dimensione hanno una larghezza di taglio di 60 – 100 cm per potenze al motore che arrivano a superare i 5 kW. Queste macchine hanno le stesse prestazioni di quelle con motore endotermico e la regolazione dell’altezza di taglio è generalmente elettrica. L’autonomia varia da 2 a 4 ore. Con 2 ore di autonomia la superficie a prato dominabile è intorno ai 2.000 m². Possono essere impiegati anche come sorgente mobile di energia per utenze con potenza inferiore a 1 kW. Nella categoria dei modelli di grande dimensione si arriva a larghezze di taglio superiori a 180 cm, anche con 7 ore di autonomia e tempi di ricarica intorno alle 8 ore. Esistono anche versioni con tetto a pannelli fotovoltaici per alimentare la batteria attraverso l’energia solare.

Rasaerba ibridi a lame elicoidali. Si tratta di macchine concepite prevalentemente per i campi da golf, sia per i Green, sia per Fairway, in versione con conducente a terra e con conducente a bordo. Tra le soluzioni adottate vi è la sostituzione del circuito idraulico dei cilindri di taglio con un alternatore che mantiene la velocità dei cilindri entro il valore voluto, permettendo così al motore di operare a un regime più basso, con conseguente risparmio di combustibile. Per larghezze di taglio intorno ai 150 cm (3 unità di taglio), la potenza richiesta è di 15-18 kW.

Robot rasaerba. È la macchina che in questi ultimi anni si è sempre più affermata e diffusa, molto apprezzata sia dagli hobbisti, sia dai professionisti. Vengono prodotte molte versioni con costi che da poco più di 1.000 euro arrivano a oltre 12.000 euro, a cui si devono aggiungere quelli di installazione intorno a 300 -400 euro per superfici a prato di 1.000 – 1500 m². A seconda dei modelli le larghezze di taglio vanno dai 20 cm a oltre i 100 cm, con superficie dominabile compresa tra i 500 e gli oltre 20.000 m². Delimitato il perimetro di lavoro, il robot si muove al suo interno e, grazie ai sensori e ai captatori di cui è dotato, elude gli eventuali ostacoli (alberi, cespugli, aiuole, ecc) presenti sul suo percorso. La ricarica della batteria avviene in modo automatico con aggancio all’apposita stazione di carica situata in una specifica postazione del prato. L’autonomia è normalmente compresa tra i 60 e i 90 minuti, ma la ricarica automatica consente un impiego di 24 ore su 24 e, quindi, anche nelle ore notturne. Su alcuni modelli, l’installazione di un sistema GPS consente di tracciare una carta del giardino e i percorsi da seguire. L’utilizzatore tramite SMS può avere la possibilità di seguire l’operatività del robot e di intervenire da remoto.

 

Attrezzature portate dall’operatore

Rientrano in questa categoria diverse attrezzature per il giardinaggio, quali: motoseghe, tagliasiepi, soffiatori/aspiratori, decespugliatori, di cui l’operatore, a parità di prestazioni rispetto ai corrispondenti modelli con motore endotermico, apprezza soprattutto il minore peso e il maggiore confort nell’utilizzo.

Motosega. Il mercato offre una vasta gamma di modelli. La scelta dell’utilizzatore non è solo guidata dal rapporto prezzo/prestazioni ma anche dal peso della macchina. Per questo i costruttori si sono impegnati a ridurre il peso migliorando le prestazioni del motore. Modelli con peso di 2-2,5 kg, con una lunghezza della barra di 30-35 cm, offrono prestazioni non diverse da quelli con motore endotermico con cilindrata intorno ai 45 cm³. Nei modelli di maggiore dimensione, con barra di 40-45 cm e potenza nominale superiore ai 2 kW, il peso supera i 5 kg. L’autonomia della batteria nelle macchine di prima generazione era limitata. Oggi la durata dei modelli di ultima generazione arriva a alcune ore. La velocità della catena di taglio è intorno ai 20 m/s, con sistemi di sicurezza (arresto automatico della lama, ecc.) simili ai modelli endotermici. È migliorata anche l’ergonomia con la realizzazione di impugnature orientabili di 180° o con rotazione di 90° al fine di facilitare le operazioni di taglio.

Motoseghe con braccio telescopico. Permettono il taglio di rami e branche a una certa altezza dell’albero rimanendo a terra. Il braccio è regolabile da 2,5 a 5 metri, e la lunghezza di taglio della motosega è di 20-25 cm, per un peso tra i 2 e i 5 kg.

Tagliasiepe. Si tratta di macchine che rispondono perfettamente alle esigenze dell’utilizzatore impegnato nel taglio di siepi, cespugli e rami di alberi. Il peso varia dai 3 ai 5 kg, mentre la lunghezza della lama è compresa tra i 50 e i 70 cm. Con le batterie montate sul mezzo l’autonomia è intorno ai 45 minuti. Con le batterie portate dorsalmente l’autonomia sale a diverse ore. Alcuni modelli sono dotati di sistema di antibloccaggio del motore quando si verificano elevate resistenze al taglio, attuato attraverso l’inversione del moto della lama. L’impugnatura orientabile facilita l’orientamento della lama nelle diverse posizioni di taglio. Come per le motoseghe il tagliasiepe può essere montato su un braccio telescopico.

Soffiatore a mano. Consentono di convogliare per la successiva raccolta materiale di diversa natura: foglie, carta, barattoli, sacchetti di carta ecc. e, per questo, vengono utilizzati per la pulizia di strade, prati, tribune degli stadi ecc. Il peso minimo è sui 2,5 kg, con una portata dell’aria che può essere variata a seconda del materiale da raccogliere. Le massime portate arrivano a 900 – 1.000 m³/ora, con una velocità regolabile tra i 15 e i 55 m/s.

Decespugliatore a mano. Vengono principalmente utilizzati per il taglio dell’erba nata su superfici minerali, per il taglio dell’erba dei bordi stradali, per la rifinitura dopo il passaggio dei rasaerba, ma anche per il taglio intensivo di superfici erbose di una certa estensione o site su pendii. Possono montare diverse testine per il taglio, da quelle a filo a quelle con lame di diverso tipo. Speciali protezioni della testina evitano il lancio di pietre o altro materiale particolarmente pericoloso quando si opera in ambiente urbano. Per evitare questo pericolo senza bisogno di protezione, alcuni modelli hanno testine con due lame tra loro controrotanti. La potenza varia a seconda dei modelli da 200 W a 2,0 kW, per larghezze di lavoro di 30 – 45 cm.

 

Punti di forza

Molte sono le ragioni per cui gli hobbisti e i professionisti della manutenzione del verde fanno sempre più ricorso alle macchine e alle attrezzature elettriche alimentate a batteria. Per le attrezzature portate dall’operatore, come si è già evidenziato, una delle ragioni è la leggerezza e la conseguente maggiore facilità di manovra. Altro motivo è dato dal maggior comfort, sia per quanto attiene il livello sonoro, sia per il livello di vibrazioni mano-braccio. Il livello sonoro, infatti, non supera i valori massimi di 80 – 90 dB e questo non avvantaggia solo l’operatore ma anche la collettività in quanto, quando si opera in ambiente urbano e in altre zone sensibili (ospedali, scuole, case di riposo, ecc.) si riduce l’impatto ambientale del mezzo. Il minor peso e le ridotte vibrazioni mano-braccio riducono il rischio di lesioni e di malattie muscolo-scheletriche dell’operatore. Altri vantaggi sono rappresentati dalla elevata durata delle batterie che consentono un impiego continuato anche per diverse ore, e anche dalla facilità con cui si attua l’avviamento in quanto basta premere un pulsante. Inoltre, richiedono una bassa manutenzione e, in genere, hanno una maggiore durata rispetto agli analoghi modelli con motore endotermico, per cui minori sono i costi di esercizio. Il punto di forza più qualificante e comunque di tipo ambientale in quanto il loro impiego non comporta emissione diretta di CO₂ e di altri gas inquinanti. L’acquisto di una macchina e di una attrezzatura alimentata a batteria risponde alle azioni che portano verso l’auspicata transizione energetica.

 

Punti di debolezza

Nelle attuali batterie al litio l’elettrolita, sempre al litio, è allo stato liquido. Questo in alcune condizioni può portare a un surriscaldamento della batteria con conseguente rischio di incendio. Non infrequenti sono i casi di autoincendio di batterie al litio presso aree di stoccaggio non gestite in modo corretto. Tra le soluzioni a questo problema vi è quella di realizzare batterie con elettrolita, sempre al litio, ma allo stato solido. Questo consente, non solo di ridurre il rischio d’incendio, ma anche di aumentare il potenziale energetico e quindi anche la durata del tempo d’impiego delle batterie dopo ogni ricarica. Il cobalto è un componente essenziale del catodo delle batterie al litio e, per questo, ha un mercato in continua espansione. La Banca mondiale prevede che la domanda di cobalto, da oggi al 2050, crescerà del 585%. La ragione è da ricercare nel settore dell’automotive e cioè nella crescente ascesa delle auto elettriche. Nelle batterie di un’auto elettrica, infatti, il cobalto può raggiungere il peso di 14-15 kg. A destare preoccupazione, oltre al costo crescente, è il fatto che il 60-70% del totale mondiale di cobalto si trova nel sud della Repubblica Democratica del Congo. I motivi di preoccupazione sono legati al maltrattamento e allo sfruttamento della manodopera impiegata nelle miniere e anche al fatto che le imprese impiegate nell’estrazione fanno quasi tutte capo alla Cina. Da qui la ricerca di batterie al litio senza cobalto, sostituito da altri metalli come il nichel, il ferro-fosfato, il manganese. Altro problema creato dalla crescita del numero di veicoli elettrici è rappresentato dallo smaltimento e recupero delle batterie esauste. Per questo esistono consorzi e imprese private che si occupano dello smaltimento di pile e batterie giunte a fine vita.

 

Smaltimento e recupero delle batterie

Le modalità per attuare un corretto stoccaggio delle batterie al litio al fine di evitare possibili incendi sono oggetto di regolamentazione e di linee guida da parte di un Gruppo di lavoro costituito dal Corpo dei Vigili del fuoco, da ENEA e da Istituti universitari. Si valuta anche la possibilità di allungare la vita di quelle batterie che, pur non essendo più in grado di alimentare un’auto elettrica, mantengono ancora una certa carica. Si pensa cioè di assemblare questi accumulatori per attuare lo stoccaggio di energia da fonti rinnovabili (solare, eolico,…). Nel contempo, si ricercano soluzioni per il recupero dei componenti. Le batterie dei veicoli elettrici sono difficili da trattare a causa dell’infiammabilità del litio e per il fatto che, componenti come il cobalto e anche il nichel, hanno caratteristiche chimico-fisiche che richiedono procedure complesse per il loro recupero. Questo rende il processo che porta a una seconda vita dei componenti, destinandoli ad altre applicazioni (pannelli fotovoltaici ad esempio), molto costoso e remunerativo solo a determinate condizioni. Sotto la spinta del valore di mercato dei componenti e del continuo aumento della quantità di batterie da smaltire, la strada verso un’economia circolare di questi prodotti è però già aperta e offre prospettive interessanti. Uno dei sistemi di riciclo comporta, dopo la preventiva scarica, la macinazione per ottenere il materiale da cui attuare il recupero di litio, cobalto, nichel e altri metalli pesanti (non di grafite). Il processo a cui si ricorre, definito idrometallurgico, prevede un trattamento chimico di lisciviazione attuata con acidi (solforico, cloridrico o nitrico) o basi, a determinate temperature. Si tratta comunque di un processo che richiede molta energia. Un altro sistema si basa su una tecnica definita di delaminazione, attuata con ultrasuoni, che consente di staccare dall’elettrodo, sia gli ossidi di grafite, sia gli ossidi di litio, cobalto, nichel, ecc., senza bisogno di attuare la triturazione delle batterie. Quella del riciclo delle batterie è un’attività relativamente recente e in corso di evoluzione. I paesi nei quali il processo di riciclo è più avanzato sono la Cina e la Corea del sud, però anche USA e UE si stanno muovendo in questa direzione promuovendo esperienze significative.