Dall’idrometallurgia al riciclo diretto: come dare una seconda vita delle batterie al litio
(Rinnovabili.it) – Tipicamente le batterie contengono materiali tossici o dannosi per l’ambiente che non possono essere smaltiti in discarica. Nei Paesi dell’UE vige la Direttiva 2006/66/CE (e successivi Regolamenti) che obbliga la raccolta ed il riciclo del prodotto dal 50 al 75% in peso. Spetta poi ai vari Stati membri recepirla ed implementarla. La maggior parte del parco batterie che in questo momento entra nella filiera del riciclo è costituita dalle vecchie pile piombo/acido, che progressivamente saranno sostituite dalle batterie agli ioni di Litio – Lithium-ion battery (LIBs) – già dominanti sul mercato attuale. Il tasso di riciclo delle LIBs nell’Unione Europea al momento si ferma ad un misero 5%.
Questo dato è particolarmente preoccupante considerando la futura crescita esponenziale dell’uso delle LIBs nel trasporto elettrico, settore che ha visto un incremento di 20 volte nelle vendite di veicoli elettrici – Electric Vehicles (EV) – negli ultimi 5 anni. Ma se i costruttori di EV garantiscono le batterie per 8 anni (circa 100-150mila km), ciò significa che in breve tempo un parco di batterie considerevole si troverà a fine vita. A quel punto sarà fondamentale avere soluzioni efficienti a portata di mano: il riciclo è una di quelle.
Sfortunatamente la versatilità dei componenti delle batterie e la loro chimica relativamente complessa complicano la sfida. I metodi più comuni per il riciclo delle LIBs utilizzano tecniche di metallurgia estrattiva tra cui la pirometallurgia e l’idrometallurgia, che si servono per estrarre i metalli da recuperare rispettivamente di elevate temperature e della solubilizzazione con adeguati solventi. Entrambi i metodi presentano una serie di problemi che li rendono particolarmente inefficienti ed inquinanti.
In un articolo pubblicato su Nature Energy, Pulickel Ajayan ed il suo team hanno presentato un metodo alternativo alla metallurgia estrattiva che impiega solventi a eutettico profondo – Deep Eutectic Solvents (DES) – per dissolvere ed estrarre metalli di valore come gli ossidi di litio-cobalto (LiCoO2) dai catodi delle batterie esaurite, con tassi di recupero superiori al 90%. Altro punto di forza del metodo, è che impiega solventi con precursori biodegradabili che possono essere riutilizzati su vari cicli.
D’altra parte, un processo di riciclo per essere percorribile deve apportare beneficio ambientale ma allo stesso tempo economico. Molto promettente in questo senso è la tecnica del riciclo diretto, in cui non vengono estratti i singoli metalli ma l’intero catodo, che viene poi ricoperto da un nuovo strato di Litio minimizzando gli scarti.
Insieme al riciclo diretto, le cosiddette “second-life applications” potrebbero prolungare la vita delle batterie esaurite dei veicoli elettrici: le batterie possono essere riconvertite con l’applicazione in rete per il livellamento del carico elettrico (peak shaving) in accoppiamento con energie rinnovabili.
Se da un lato la sostenibilità energetica delle soluzioni descritte è stata già ampiamente dimostrata, dall’altro non è ancora chiaro se si possa dire lo stesso per quella economica, mancando ancora dati attendibili. L’incertezza sulla sostenibilità economica ha a che fare principalmente con la catena di produzione delle materie prime impiegate nella costruzione delle batterie, che è fortemente influenzata dall’andamento del mercato. Gli ultimi anni hanno visto discrete fluttuazioni dei prezzi di Cobalto e Litio, i due elementi strategici per le LIBs, ponendo la questione se il riciclo e le “second-life applications” siano più o meno convenienti rispetto al prodotto nuovo.
La fetta di mercato delle LIBs che include riciclo e ricondizionamento è ancora molto piccola rispetto a quella della fabbricazione di nuove batterie, ma è ragionevole pensare che il futuro vada in quella direzione. All’inizio di quest’anno è stato lanciato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti il primo centro di ricerca sul riciclo delle batterie al Mondo che pone l’obiettivo di portare al 90% la resa del riciclo delle LIBs su scala globale. Allo stesso tempo, molti costruttori di veicoli elettrici stanno avviando partnership con aziende produttrici di energy storage per creare nuovi modelli d’impresa che incoraggino sia riciclo che le “second-life applications”. Approcci sinergici di questo tipo saranno fondamentali per affrontare le sfide tecnologiche del riciclo e le incertezze delle applicazioni di riconversione.