Raw materials e batterie al litio: analisi dei rischi e possibili scenari evolutivi

The energy transition requires the reduction, or elimination, of greenhouse gas emissions by increasing the capacity of RES (Renewable Energy Sources). Some of these, in particular solar photovoltaic and wind, are also often called NPRS (Non-Programmable Renewable Sources) since their availability to produce energy depends on weather conditions, such as the presence of wind or sun. Consequently, with the increase in the penetration of NPRS, it will be increasingly to constantly keep the supply and demand of electricity in balance. One possible solution to make NPRS programmable is storage: technologies capable of storing energy so that it can be used at the appropriate time. Currently, the cheapest and most adoptable types of storage on large scale are lithium batteries, used as stationary storage and to produce electric vehicles. The energy transition is usually considered as a linear path, made up of various steps, during which obstacles of a purely technological nature may arise. The costs, in economic terms, of decarbonization are therefore often summarized in terms of cash amounts. However, it is possible to observe how some materials, considered critical for the energy transition and in particular essential to produce lithium batteries, are available in limited and geographically concentrated quantities which pushes the relative prices to exhibit strong variability. Therefore, a question arises spontaneously: how much can the costs of the energy transition vary? In this thesis we carry out an analysis concerning the impact of the prices of critical materials on prices and adoption of lithium batteries. The thesis is organized into three Chapters: the object of Chapter 1 is to present a review of the scientific literature, through which we intend to collect all the information available regarding the forecasts of future prices, or costs, of lithium batteries and the role played by materials in the evolution of those prices. After verifying the relevance of the impact of some critical materials through the results of the literature review, the first part of Chapter 2 is dedicated to an exploratory analysis of prices of such materials; subsequently, in the last part of the Chapter a cointegration relationship between lithium and gas prices is tested and verified considering structural breaks in the models adopted. This discovery raises some questions: in addition to being dependent on other countries for the supply of gas and fossil fuels, can Europe also be considered dependent on other countries in terms of raw materials? And which could be the causes and consequences of any increases in the prices of materials considered critical and necessary to produce lithium batteries? Some answers to the previous questions, argued on the basis of the data and information currently available, are formulated in Chapter 3, which is entirely dedicated to the analysis of the risks related to the future adoption of batteries and the evolution of their price.

La transizione energetica presuppone la riduzione, o l’azzeramento, delle emissioni di gas climalteranti attraverso l’aumento di capacità di FER (Fonti Energetiche Rinnovabili). La maggior parte di queste, in particolare fotovoltaico ed eolico, vengono spesso definite anche FRNP (Fonti Rinnovabili Non Programmabili) poiché la loro disponibilità a produrre energia dipende dalle condizioni meteorologiche, come la presenza di vento o di sole. Di conseguenza, con l’aumento della penetrazione delle FRNP, risulterà sempre più difficile mantenere costantemente in equilibrio domanda e offerta di energia di elettrica. Una soluzione per rendere programmabili le FRNP è lo storage, ovvero tecnologie in grado di stoccare l’energia in modo da poterla utilizzare al momento opportuno. Attualmente le tipologie di stoccaggio più economiche e adottabili su larga scala sono le batterie al litio, utilizzate sia come storage stazionari, sia per la costruzione di veicoli elettrici. La transizione energetica viene di consueto considerata come un sentiero lineare durante il quale possono presentarsi degli ostacoli esclusivamente di carattere tecnologico. I costi, in termini economici, della decarbonizzazione spesso vengono quindi riassunti in una determinata cifra. Tuttavia, è possibile osservare come alcuni materiali, considerati critici per la transizione energetica ed in particolare per la realizzazione delle batterie al litio, siano disponibili in quantità limitate e geograficamente concentrate che spingono i relativi prezzi a subire forti sbalzi. Sorge pertanto spontanea una domanda: quanto possono variare i costi della transizione energetica? In questa sede ci si limita a condurre un’analisi sull’impatto dei prezzi dei materiali critici sui prezzi e sulla diffusione delle batterie al litio. L’elaborato è organizzato in tre Capitoli: l’oggetto del Capitolo 1 è la rassegna della letteratura scientifica, attraverso la quale si intende raccogliere tutte le informazioni disponibili riguardo le previsioni dei prezzi, o dei costi, futuri delle batterie al litio ed il ruolo dei raw materials che compongono le batterie al litio nell’evoluzione del loro prezzo. Avendo appurato la rilevanza dell’impatto di alcuni materiali critici, il primo sotto-capitolo del Capitolo 2 è dedicato all’esposizione dell’andamento relativo agli ultimi dieci anni dei prezzi di tali materiali; successivamente, nella restante parte del Capitolo, viene condotta un’indagine concernente una possibile relazione di cointegrazione fra il prezzo del litio e il prezzo del gas che, considerando opportunamente la presenza di molteplici break strutturali nei modelli utilizzati, può considerarsi verificata. Tale scoperta apre la strada a delle domande. In particolare, l’Europa, oltre ad essere dipendente da altri paesi per la fornitura di gas e di combustibili fossili in generale, può essere considerata dipendente dall’estero anche sul fronte dei raw materials? E quali potrebbero essere le cause e le conseguenze di eventuali aumenti dei prezzi dei materiali considerati critici e necessari per lo sviluppo delle batterie al litio? Alcune possibili risposte ai precedenti quesiti, argomentate sulla base dei dati e delle informazioni attualmente disponibili, sono formulate nel corso del Capitolo 3, che è interamente dedicato all’analisi dei rischi relativi alla futura diffusione delle batterie e all’evoluzione del loro prezzo.