venerdì, Maggio 27, 2022

Batterie al litio, ecco cosa manca per renderle riciclabili

Il calo dei prezzi delle batterie agli ioni di litio e i rincari delle materie prime critiche rendono urgente un’accelerazione della filiera delle batterie verso un’economia circolare. Ma come mai è così difficile riciclare tutte le componenti? Enea ci racconta un progetto sperimentale in cui è coinvolta

Simone Fant
Simone Fant è giornalista professionista. Ha lavorato per Sky Sport, Mediaset e AIPS (Association internationale de la presse sportive). Si occupa di economia circolare e ambiente collaborando con Economia Circolare.com, Materia Rinnovabile e Life Gate.

I prezzi delle batterie agli ioni di litio sono diminuiti dell’89% in poco più di 10 anni, passando dagli oltre 1.200 dollari per chilowattora nel 2010 a 132 dollari/kWh nel 2021. Sono questi i dati pubblicati dal think tank Bloomberg New Economy Forum che prevede una tendenza al ribasso verso i 100 dollari /kWh nel 2024. Ma la cattiva notizia è che l’aumento dei prezzi delle materie prime e rincari sui materiali chiave per costruire accumulatori stanno mettendo sotto pressione la filiera dalla seconda metà dell’anno.

Le batterie agli ioni litio si trovano nella maggior parte dei prodotti tecnologici di uso comune: da smartphone, laptop e tablet a biciclette elettriche e scooter, e le stime mostrano che la domanda continuerà a crescere nel prossimo decennio (fino al 60% per le batterie nell’elettronica di consumo e 15% per le batterie elettriche per bici e scooter entro il 2030).  Come sottolinea un rapporto diffuso dall’European Environmental Bureau, dall’associazione Right to Repair e dai ricercatori dell’Università di Lund, troppe batterie non sono né sostituibili né riparabili. Le conseguenze si traducono in una riduzione della vita del prodotto, un aumento dei rifiuti elettronici ed una costosa perdita di materie prime critiche.

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Le difficoltà di recupero e i vantaggi del circular design

Per fare chiarezza su quali siano le problematiche principali del riciclo delle batterie agli ioni di litio abbiamo intervistato Federica Forte, ricercatrice di ENEA, che insieme ai colleghi del Laboratorio Tecnologie per il Riuso, il Riciclo, il Recupero e la valorizzazione di Rifiuti e Materiali (T4RM), si occupa da anni di sviluppare processi di recupero materiali da diverse tipologie di rifiuti. “Attualmente stiamo sviluppando un processo di recupero materiali da batterie agli ioni di litio a fine vita– dice Federica Forte ad Economia Circolare.com – attraverso un approccio integrato, finalizzato a recuperare le diverse componenti e cercando di avvicinarci sempre più a processi chiusi, prestando attenzione anche alla valorizzazione dei reflui di processo”.

Gli ostacoli alla chiusura del ciclo riguardano tutta la catena del valore. “Le batterie non sono pensate per il fine vita, sicuramente c’è un problema di circular design. Le criticità si osservano già nella fase di estrazione della batteria dalle apparecchiature elettroniche e di disassemblaggio. In scala laboratorio il disassemblaggio avviene per via manuale, ma usare questo metodo su scala industriale è poco praticabile. Bisogna pensare a sistemi di disassemblaggio di tipo semiautomatico, per questo bisogna lavorare alla progettazione di batterie standardizzate”.

I vantaggi delle batterie rimovibili sostituibili sono numerosi. Se tutti i nuovi telefoni e tablet venduti nell’UE nel 2030 avessero batterie facilmente rimovibili e sostituibili, si potrebbero risparmiare 674.834 tonnellate di CO2, 19,8 miliardi di euro non verrebbero spesi a causa della sostituzione non necessaria di 39 milioni di dispositivi, e non andrebbero perse le materie prime critiche urgenti e necessarie per la transizione energetica come cobalto e indio.

Allo stesso modo, rendere le batterie facili da rimuovere aumenterebbe i loro tassi di raccolta e ridurrebbe i rischi per la sicurezza associati al riciclo. Attualmente, si stima che l’80% delle batterie negli impianti di smaltimento vengano rimosse manualmente e i riciclatori riferiscono che la rimozione delle batterie è diventata sempre più complicata.

L’impianto Romeo (Recovery Of MEtals by hydrOmetallurgy), installato presso il CR Casaccia dell’ENEA, è impiegato per verificare i processi sviluppati in laboratorio su scala preindustriale ed è di tipo idrometallurgico. “Le maggiori peculiarità delle tecnologie idrometallurgiche – continua Federica Forte -riguardano il fatto che si  opera a temperature ambiente, quindi con un contenimento dei consumi energetici e delle emissioni rilasciate in atmosfera. Si adattano al trattamento di diverse matrici, quindi si ha la possibilità di trattare diverse tipologie di rifiuti. Al momento lavoriamo sul processo di recupero di batterie agli ioni di litio concentrandoci anche sulla valorizzazione di frazioni attualmente poco valorizzate, quali ad esempio l’elettrolita”.

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Il nuovo regolamento sulle batterie in arrivo

La Commissione europea ha proposto una Battery Regulation che mira ad affrontare l’intero ciclo di vita delle batterie dalla catena di approvvigionamento fino al loro smaltimento, nel tentativo di renderle più sostenibili. La proposta, secondo il paper prima citato, cita le possibilità di rimozione e disassemblaggio delle batterie ma non affronta questioni chiave quali la disponibilità di pezzi di ricambio, prevenire i blocchi di software di apparecchiature elettroniche, evitare deroghe e scappatoie non necessarie. “La Battery Regulation sarebbe un grande passo in avanti – dice Federica Forte –  Tra i punti chiave vi è l’adozione di una etichetta contenente  informazioni su cosa c’è all’interno e sul quantitativo di materie prime provenienti da riciclo” .

“Mentre ci sono molte aziende che lavorano per sostituire, riparare e riciclare le batterie di dispositivi elettronici come smartphone ed e-bike – ha scritto Pierre Schweitzer, Policy Officer for product policy all’EEB – il design e software scadenti stanno rendendo questo sempre più difficile o impossibile. I produttori stanno sprecando risorse preziose e costringono i consumatori a sostituire i dispositivi prima che sia necessario. Il Consiglio europeo e il Parlamento, che stanno che stanno negoziando il regolamento europeo sulle batterie, hanno il potere di affrontare tutte queste questioni”.

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La prima cella di batteria riciclata

Intanto l’azienda svedese di batterie Northvolt ha annunciato di aver prodotto la sua prima cella di batteria con nichel, manganese e cobalto riciclati al 100%, materie prime di stoccaggio importanti per le batterie agli ioni di litio.

In una dichiarazione, la società con sede a Stoccolma, che ha attirato investimenti da Goldman Sachs e Volkswagen, ha affermato che la cella della batteria agli ioni di litio è stata prodotta dal suo programma di riciclo, Revolt. Il catodo al nichel-manganese-cobalto della cella è stato prodotto utilizzando metalli recuperati attraverso il riciclo dei rifiuti delle batterie. I test hanno mostrato che le prestazioni erano simili a quelle con le celle realizzate con metalli appena estratti. L’azienda ha confermato che il proprio impianto di riciclo sarà ampliato in modo da poter riciclare 125mila tonnellate di batterie all’anno.

Emma Nehrenheim, chief environmental officer della Northvolt, ha dichiarato alla CNBC che l’economia circolare sarà il fattore chiave per qualsiasi nuova industria. “In futuro, sarà molto più redditizio utilizzare materiali riciclati per produrre un nuovo prodotto, piuttosto che materiali vergini”, ha continuato. “Stiamo riducendo la dipendenza dal mercato delle materie prime, così possiamo essere più sostenibili e local“.

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Riciclare conviene (ma serve superare i pregiudizi)

Che il riciclo delle batterie di litio convenga lo testimoniano non solo le singole esperienze ma anche i dati. È quel che emerge dal recente studio “Recycled cathode materials enabled superior performance for lithium-ion batteries”, realizzato da Yan Wang, professore di ingegneria meccanica presso il Worcester Polytechnic Institute del Massachusetts, e un team di ricercatori del Consorzio batteria avanzata USA (USABC), insieme a A123 Systems, nota azienda produttrice di batterie.

I risultati del report certificano che “la microstruttura unica dei materiali riciclati consente prestazioni elettrochimiche superiori. Il materiale riciclato supera l’equivalente disponibile in commercio, fornendo una soluzione ecologica e sostenibile per le batterie agli ioni di litio esaurite”.

Uno dei problemi da superare riguarda però la percezione del materiale riciclato, anche in un settore a forte innovazione come quello delle batterie di litio. Infatti lo studio fa notare che “i materiali riciclati sono considerati inferiori ai materiali commerciali, impedendo all’industria di adottare materiali riciclati nelle nuove batterie”. Un pregiudizio che rischia di mettere in secondo piano la vera annotazione importante: riciclare conviene, sia dal punto di vista economico che ambientale.

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