A fine luglio per la prima volta è avvenuto il sorpasso dell’elaborazione quantistica su quella dei computer tradizionali. Ciò ha permesso di raggiungere il Quantum advantage, con impatto sulla simulazione della materia disordinata, aprendo nuove frontiere industriali per batterie e catalizzatori.
“Nell’elettrochimica delle batterie, nei prossimi 10-15 anni vedremo delle evoluzioni molto interessanti”, commenta Daniele Invernizzi, presidente Fondazione eV-Now!.
Ecco cosa cambia per il business.
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Il vantaggio quantistico e la simulazione della materia disordinata
Ibm ha infatti tagliato il traguardo del Quantum advantage, insieme a tre partner tecnologici e scientifici, Algorithmiq, azienda hi-tech con sede a Milano, l’Università di Chicago e l’israeliana Qedma.
Il vantaggio quantistico rappresenta il punto dove l’informatica quantistica è più rapida, precisa o vantaggiosa rispetto a tutti i metodi e gli strumenti computazionali tradizionali per la risoluzione di un problema o di un’elaborazione molto complessa, in modo tale da poter avere una rigorosa convalida.
C’è vantaggio quantistico quando, cessando di essere ricerca, si trasforma in infrastruttura strategica, consentendo di fronteggiare problemi di complessità combinatoria o fisica che i supercomputer tradizionali non sono in grado di risolvere in tempi utili.
“Anche l’intelligenza artificiale, la scienza sta trovando nuovi accoppiamenti fra minerali e metalli, oltre all’adozione di nuove tecnologie che aiutano a trovare la ?ricetta giusta’ per batterie eccetera”, aggiunge Daniele Invernizzi: “Dunque avremo un’evoluzione inarrivabile in ambito batterie, perché la modernità oggi dipende completanmente dalle batterie di accumulo di energia sotto forma elettrochimica, e quindi energia elettrica”.
La simulazione nella materia quantistica eterogenea
La simulazione di materia quantistica eterogenea consente di modellare il comportamento degli elettroni nei punti esatti in cui si incontrano materiali differenti.
Nelle simulazioni classiche, queste interfacce complesse richiedono troppe approssimazioni, rendendo i calcoli imprecisi. Invece il vantaggio quantistico, sbloccato da Ibm, Algorithmiq e Qedma, con le tre dimostrazioni di vantaggio quantistico verificabile con oltre otto mesi di resistenza alle sfide classiche, apre la strada a una progettazione molecolare ultra-accurata direttamente al computer.
Le opportunità delle nuove frontiere industriali, il vantaggio quantistico per batterie e catalizzatori
I materiali reali, compresi catalizzatori ed elettroliti per batterie, non si distinguono per un ordine cristallino perfetto. Infatti li caratterizzano strutture irregolari, interfacce e variazioni locali che hanno un impatto rilevante sul movimento di informazioni, energia e particelle dentro il sistema.
Eseguito su un processore IBM Quantum Heron, un modello di materia quantistica eterogenea – dove l’informazione si diffonde attraverso regioni con differenti proprietà locali – ha permesso una rappresentazione efficace di “un materiale quantistico programmabile”, secondo Algorithmiq, “le cui interazioni microscopiche possono essere regolate e riconfigurate a piacere”.
Il vantaggio competitivo nel Quantum consiste dunque nell’accelerare la scoperta di nuovi farmaci, simulare sistemi quantistici complessi e creare nuovi materiali.
La simulazione quantistica delle interfacce eterogenee accelera lo sviluppo di sistemi di accumulo più sicuri, densi ed efficienti: sviluppo dello stato solido; chimica alternativa al litio; ricarica ultra-rapida.
Lo sviluppo dello stato solido consente di studiare l’interfaccia critica tra l’elettrodo solido e l’elettrolita solido. Questo aiuta a eliminare la formazione di dendriti (aghi di litio che causano cortocircuiti), accelerando l’arrivo sul mercato di batterie commerciali a stato solido.
La chimica alternative al litio, invece, permette di modellare con precisione la cinetica chimica delle batterie a base di Zolfo-Litio o Ioni di Sodio, migliorando il trasporto ionico e minimizzando il degrado strutturale nel tempo.
Infine, la ricarica ultra-rapida individua i colli di bottiglia nel trasferimento di carica a livello atomico. Ciò consente di progettare anodi in grado di assorbire energia ad alta velocità senza problemi di surriscaldamento.
La svolta nei catalizzatori industriali
La catalisi eterogenea, dove il catalizzatore solido interagisce con reagenti liquidi o gassosi, è alla base dell’80% dei processi industriali. La simulazione quantistica trasforma questo settore, producendo idrogeno green, catturando e convertendo la CO2 e fissando in maniera efficiente l’azoto.
La produzione di idrogeno verde aiuta ad ottimizzare l’interfaccia degli elettrocatalizzatori per la scissione dell’acqua, permettendo di sostituire metalli rari e costosi come il platino e l’iridio con leghe metalliche comuni ed altrettanto efficienti.
La cattura e conversione della CO2 contribuisce a progettare catalizzatori capaci di legarsi selettivamente all’anidride carbonica per trasformarla in carburanti sintetici (eFuel) o plastiche biodegradabili a basse temperature.
Infine la fissazione efficiente dell’Azoto permette di decifrare i meccanismi quantistici degli enzimi naturali (come la nitrogenasi). L’obiettivo è sostituire il processo Haber-Bosch per i fertilizzanti che oggi consuma circa l’1% dell’energia globale.
I vantaggi del vantaggio quantistico per la scoperta di nuovi materiali
Il principale beneficio consiste nell’accelerare la ricerca e sviluppo (R&D). Per esempio, lo screening dei materiali richiede non più anni di sintesi chimica in laboratorio per il trial-and-error con gli approcci tradizionali, ma solo giorni di simulazione computazionale ad alta fedeltà grazie al vantaggio quantistico.
Inoltre l’approccio con vantaggio quantistico permette la visualizzazione predittiva delle dinamiche atomiche, invece di effettuare una diagnostica post-mortem complessa, per comprendere i difetti.
In media un time-to-market, che richiedeva 10-15 anni per un nuovo materiale, si riduce potenzialmente a meno di 5 anni.
Nuove frontiere industriali per batterie e catalizzatori: cosa cambia per il business
Le nuove frontiere industriali per batterie e catalizzatori spostano la competizione globale dai laboratori chimici tradizionali all’intelligenza artificiale e ai data center quantistici.
Per il mondo del business non si tratta solo di un’evoluzione tecnica, ma di una ristrutturazione radicale della catena del valore che trasforma la ricerca e sviluppo (R&D) da un processo lento e ad alto rischio a un vantaggio competitivo predittivo e scalabile.
Le aziende più evolute stanno superando i limiti della chimica tradizionale concentrandosi su tre pilastri principali: integrazione Quantum-AI, i materiali auto-riparanti e zero-degrado e catalisi monocomponente (Single-Atom).
La combinazione di calcolo quantistico (per mappare la fisica molecolare esatta) e intelligenza artificiale (per setacciare milioni di combinazioni in pochi secondi) permette di scoprire materiali mai esistiti prima.
Inoltre la progettazione di batterie a stato solido, capaci di riassorbire i micro-difetti strutturali durante i cicli di carica, estende la vita utile dei dispositivi a decine di anni.
Lo sviluppo di catalizzatori industrial, dove l’azione chimica è guidata da singoli atomi metallici isolati su un supporto, infine, riduce del 90% l’utilizzo di materie prime preziose mantenendo intatta la produttività.
I 4 impatti strategici per il business
L’avvento del vantaggio quantistico verificabile ridefinisce i modelli di business industriali attraverso quattro direttrici fondamentali: il crollo del time-to-Marke e dei costi di R&D, la mitigazione del Rischio Geopolitico (De-risking della Supply Chain), la sostenibilità nativa e i nuovi standard ESG e la transizione verso modelli hardware-as-a-Service.
Crollo del Time-to-Market e dei costi di R&D
Nel modello chimico tradizionale (basato su tentativi ed errori in laboratorio), lo sviluppo di un nuovo materiale richiede in media 10-15 anni e investimenti miliardari.
Le simulazioni quantistiche accurate riducono questa finestra a meno di 3-5 anni, trasformando la ricerca in un processo quasi interamente digitale prima ancora di sintetizzare la prima molecola.
Mitigazione del rischio geopolitico
Il controllo di materiali critici come litio, cobalto, platino e iridio è al centro di forti tensioni geopolitiche.
Poter progettare catalizzatori senza platino o batterie senza litio (per esempio, a ioni di sodio o zolfo) permette alle aziende di sganciarsi dai monopoli di fornitura estrattiva, stabilizzando i costi di produzione a lungo termine.
Sostenibilità nativa e nuovi standard ESG
I nuovi catalizzatori quantistici consentono di convertire la CO2 o produrre idrogeno verde a temperature e pressioni molto più basse rispetto al passato. Per i settori hard-to-abate (come cementifici, acciaierie e industria chimica), questo si traduce in un abbattimento immediato dei costi energetici operativi e nel rispetto spontaneo delle normative ambientali più severe.
Transizione verso modelli Hardware-as-a-Service
Con batterie drasticamente più durevoli e sicure, i produttori (automotive ed energy storage) possono passare dalla semplice vendita del prodotto a modelli di business basati sul noleggio a lungo termine dell’energia.
La batteria non è più un costo che si svaluta rapidamente, ma un asset aziendale durevole ad alto rendimento.
La sfida per l’Europa e l’Italia
Nella corsa globale al calcolo quantistico applicato a settori strategici come batterie e catalizzatori, l’Europa si trova a vivere un paradosso fondamentale: l’università del Vecchio continente eccelle nella ricerca scientifica pura, ma fatica a trasformarla in leadership industriale commerciale.Mentre colossi statunitensi come Ibm dimostrano vantaggi quantistici reali usando chip su cloud, e la Cina domina la filiera manifatturiera delle batterie tradizionali, la sfida geopolitica ed economica per il continente si articola su quattro fronti critici:
- il Venture Capital europeo, storicamente frammentato e meno aggressivo di quello americano, deve evolvere per trattenere le startup nate nelle università europee, che oggi migrano negli Stati Uniti per trovare i capitali necessari a scalare commercialmente;
- puntare sulla sovranità tecnologica e infrastrutture (EuroHPC), adottando una strategia ibrida;
- investire nell’autonomia nella manifattura dei chip quantistici, integrando il Quantum Europe Strategy con il Chips act europeo;
- difendere la catena del valore di batterie e chimica verde, rendendo competitive le Gigafactory previste in Ue entro il 2030.
“Quello che ci dobbiamo aspettare come Europa, strategicamente, è riportare a casa ricerca e sviluppo, prima ancora dell’industrializzazione, perché la capacità industriale con i budget giusti (quelli previsti dal Piano Draghi, ndr) può tornare ad essere competitiva a livello internazionale”, spiega Daniele Invernizzi.
Batterie, un’occasione di ripresa e resilienza per tutta l’Europa
“Ma se tutti gli elettrochimici lavorano per l’Asia, abbiamo la fuga di ingegneri e ricercatori, il problema rimane: prima dobbiamo riportare in Europa e soprattutto in Italia ricerca e sviluppo per non perdere l’evoluzione delle batterie dei prossimi tre lustri. Non dobbiamo oggi fissarci su una tecnologia che soffre di obsolescenza e diventa subito desueta. Invece, come dimostrano tutti gli studi recenti, in questo campo l’evoluzione è continua. E su scala non riusciamo a competere con la Cina (che controlla circa l’80% della produzione globale di batterie tradizionali)”, aggiunge Invernizzi.
La prima filiera che dobbiamo creare noi europei è il recupero delle batterie. La battetia deve smettere di essere un rifiuto, dal punto di vista ingegneristico e tecnico. E ciò è soprattutto vero per l’Italia che deve avviare la filiera del second life, come a fiumicino dove batterie delle auto sono finite a fare l’accumulo per i prossimi 10-15 anni, quindi hanno vita lunghissima. Inoltre l’elettrochimica. Infine dobbiamo evitare che i player cinesi dell’automotive rispediscano in Cina le batterie, dichiarandole a fine vita. Serve una classe politica che capisca l’importanza e il ruolo di questa filiera. Le batterie sono un’occasione straordinaria di ripresa e resilienza per l’Italia e l’Europa”, conclude Daniele Invernizzi.
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