Materie prime critiche, dal contenuto al riciclo. Il progetto FutuRaM

Dentro un vecchio smartphone, una lavatrice fuori uso, un monitor dismesso o un pannello fotovoltaico arrivato a fine vita possono esserci rame, alluminio, palladio, silicio, tungsteno, terre rare. Tutti materiali cruciali per la transizione verde e digitale, esposti però in Europa a rischi di approvvigionamento e a forte dipendenza da fornitori esterni. E proprio questa dipendenza rende i rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE) come quelli appena citati un bacino potenziale di queste preziose materie prime. Da lì potremmo approvvigionarci e rispondere ai bisogni della decarbonizzazione e dell’elettrizzazione della società e dell’economia. Ma la domanda da porsi non è soltanto quanta materia prima critica (CRM) contengano i RAEE. La domanda decisiva è piuttosto: quanta di quella materia possiamo davvero recuperare?

La differenza sembra tecnica, ma è politica, industriale e ambientale. Perché un materiale può essere presente in un rifiuto e, allo stesso tempo, essere quasi irraggiungibile: disperso in piccole quantità, incorporato in componenti miniaturizzati, miscelato ad altri materiali, perso in raccolte non conformi o avviato a trattamenti che recuperano solo le frazioni più facili. Il progetto europeo FutuRaM, finanziato dall’Unione Europea col programma Horizon Europe, prova a rendere esplicito e misurabile lo scarto tra contenuto e recuperabilità. Non basta sapere “quanto materiale c’è”: bisogna sapere dove si trova, come è legato al prodotto e che cosa succede quando quel prodotto diventa rifiuto.

Per questo, secondo Pascal Leroy, direttore generale del WEEE Forum che riunisce 49 organizzazioni di responsabilità dei produttori di RAEE in tutto il mondo, FutuRaM è “parte integrante di una più ampia strategia di sicurezza dell’approvvigionamento: ridurre la dipendenza da pochi fornitori extra-UE per i materiali essenziali alle transizioni verde, digitale e della difesa, e allineare la pianificazione delle risorse secondarie alla politica sulle materie prime primarie”.

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Dal contenuto alla recuperabilità: il progetto FutuRaM

Nei rifiuti elettrici ed elettronici – RAEE, o WEEE nella sigla inglese – le materie prime critiche ci sono, lo sappiamo. Ma questo non basta. Il punto decisivo è capire dove si trovano, in quale specifica componente, in quale forma, quanto sono disperse e se i sistemi di raccolta e trattamento sono in grado di intercettarle, separarle e avviarle a riciclo senza disperderle.

“La sola presenza di un materiale nei RAEE non implica la sua effettiva recuperabilità. La recuperabilità dipende da diversi fattori abilitanti o, viceversa, barriere: design del prodotto, concentrazione e distribuzione dei materiali, tecnologie di riciclo disponibili, fattibilità economica e sistemi di raccolta e pre-trattamento” racconta a EconomiaCircolare.com Giulia Iattoni, assistente responsabile di programma presso lo United Nations Institute for Training and Research (UNITAR). “Alcuni materiali presentano oggi livelli di recupero già elevati grazie a proprietà favorevoli e tecnologie consolidate. Altri rappresentano flussi con crescente interesse strategico e potenziale di recupero, legato all’evoluzione e alla diffusione sul mercato di prodotti che li contengono e ai processi di trattamento esistenti. Al contrario, alcuni materiali restano oggi difficilmente recuperabili a causa della loro dispersione nei prodotti e dei limiti tecnologici attuali, e vengono recuperati solo in quantità limitate o tramite processi ancora in fase di sviluppo”.

Il progetto FutuRaM sposta l’attenzione dal semplice “contenuto” alla “recuperabilità”. Come sintetizza uno dei documenti prodotti per il progetto (“D3.1 Extended Waste Stream Composition Assessment to Enable Secondary Raw Material Assessment), “dati dettagliati sulla composizione sono essenziali per capire quali materie prime critiche e strategiche sono presenti nei flussi di rifiuti, dove si trovano, ad esempio in quali componenti o materiali, e come possono essere recuperate”.

Una miniera urbana “disordinata”

Il report 2050 Critical Raw Materials Outlook fornisce dati illuminanti a questo riguardo. Nel 2022, nell’area UE27+4 (Unione europea, Regno Unito, Islanda, Norvegia e Svizzera), sono stati generati 10,7 milioni di tonnellate di RAEE: 20 kg per abitante. Dentro questi rifiuti era contenuto circa 1 milione di tonnellate di 29 di quelle che l’UE ha ribattezzato materie prime critiche: “Materie prime di grande importanza per l’economia dell’UE e caratterizzate da un elevato rischio legato alla loro fornitura”. Il report cita esempi molto concreti: rame nei cavi, alluminio negli involucri, terre rare nei magneti, metalli del gruppo del platino nelle schede elettroniche e nei display. Abbiamo imparato a considerare i RAEE come una “miniera urbana”: ma è essenziale non dimenticare che si tratta di una “miniera urbana disordinata”, fatta di oggetti diversi, componenti incollati, saldati, miniaturizzati o difficili da raggiungere.

La differenza tra contenuto e recuperabilità emerge con una domanda semplice: se in un vecchio laptop o in uno schermo ci sono rame, palladio o terre rare, questi materiali sono automaticamente e facilmente recuperabili? Niente affatto.

Un approccio gerarchico alle materie prime

La recuperabilità delle materie prime critiche dipende da vari fattori, di cui peraltro sarebbe saggio tenere conto nella fase di design dei prodotti. Dipende dalla loro posizione, innanzitutto. Un materiale presente in un cavo facilmente separabile non ha lo stesso destino di un elemento disperso in piccolissime quantità dentro una scheda, un magnete, un display o un componente composito. Per questo FutuRaM usa un approccio che procede seguendo una struttura gerarchica: prodotto, componente, materiale, elemento. Non si limita cioè a registrare che in un RAEE c’è una certa quantità di rame, alluminio, terre rare ma cerca di ricostruire dove quei materiali si trovano all’interno del prodotto, passando via via da un livello sovraordinato ad uno sottordinato.

Nell’approccio impiegato nel progetto ogni elemento (il neodimio, ad esempio) è associato a un materiale (magnete permanente), ogni materiale a un componente (hard disk) e ogni componente a un prodotto (laptop). Il documento specifica anche che il dataset di apparecchiature elettriche ed elettroniche/RAEE realizzato per il progetto copre 80 componenti, 23 materiali e 64 elementi, proprio per mapparne in modo granulare la composizione.

Questo approccio gerarchico può essere risolutivo perché i RAEE sono oggetti complessi e multi-materiale. Il riciclo non consiste nel “fondere tutto” e ottenere automaticamente materie prime seconde di qualità. Prima bisogna “liberare” i materiali: smontare, separare, triturare, selezionare. E ogni passaggio può generare perdite. Il documento “Extended Waste Stream Composition Assessment” spiega che le possibilità e i limiti del riciclo sono “fortemente influenzati dalla performance dei processi di liberazione e separazione”. Per aggiungere che questi processi sono spesso “solo parzialmente riusciti”: lasciando materiali preziosi fissati o mescolati tra loro a causa di connessioni stabilite nella fase progettuale.

Recoverability o recovery? I dati

È qui che “recoverability” (recuperabilità) e “recovery” (recupero) si allontanano: “Mentre recupero e riciclo misurano l’efficienza nell’ottenere un costituente o un materiale dopo il trattamento, la recuperabilità riguarda https://futuram.eu/download/extended-waste-stream-composition-assessment/ il potenziale di recuperare quel costituente o materiale in primo luogo”. Il recupero misura l’efficienza del processo, misura il risultato finale effettivamente ottenuto, mentre la recuperabilità si ferma prima, al potenziale di riciclo, valuta se un materiale può essere recuperato, con quali tecnologie, con quali costi, con quali ostacoli normativi e ambientali.

Questa che può apparire una questione puramente terminologica si traduce invece in risultati a tratti impressionanti.

Guardando al 2022, dei 10,7 milioni di tonnellate di RAEE generati (UE+4), solo 5,7 milioni di tonnellate, cioè il 54%, sono state raccolte e trattate in modo appropriato. Da questi flussi sono state recuperate circa 0,4 milioni di tonnellate di materie prime critiche: tra queste, 208 kt (migliaia di tonnellate) di alluminio, 162 kt di rame, 12 kt di silicio, 1 kt di tungsteno e 2 tonnellate di palladio. Ma anche dentro il flusso di una gestione corretta ci sono delle perdite: circa 100 mila tonnellate di CRM non sono state recuperate, in particolare terre rare come neodimio, disprosio, ittrio ed europio, presenti in magneti, polveri fluorescenti ed elettronica.

La perdita più grande, però, avviene prima ancora del trattamento: nella raccolta. Il 46% dei RAEE, circa 5 milioni di tonnellate, nel 2022 non è entrata in circuiti di raccolta e trattamento corretti. Una parte è finita in recuperi non conformi, dove possono essere recuperati solo materiali più facili come ferro o acciaio, spesso con standard inferiori; 0,7 milioni di tonnellate sono finiti nei rifiuti indifferenziati, e quindi in discarica o incenerimento; 0,4 milioni sono esportati per riuso; il resto è “non documentato”, probabilmente esportato illegalmente o trattato in canali informali.

Qui la materia critica non manca: manca il sistema che la intercetti.

Tecnica ed economia del riciclo

Per capirci, rame e alluminio vengono già recuperati su scala significativa, anche perché presenti in componenti o frazioni più riconoscibili, come cavi, involucri, telai. Ma persino per materiali come questi non tutto è semplice: i cavi interni o i componenti molto piccoli possono essere difficili da gestire. Alcuni materiali critici sono invece presenti in quantità piccole, disperse o inglobate in componenti difficili da separare. È il caso delle terre rare nei magneti permanenti, delle polveri fluorescenti o di alcuni metalli preziosi nelle schede elettroniche e nei display.

“Le materie prime critiche con basse percentuali in massa o bassi tenori nei prodotti e nei flussi di rifiuti, con quantità o tonnellaggi ridotti e un elevato tasso di dispersione – si legge – hanno generalmente mostrato una minore recuperabilità”. In questi casi il riciclo è davvero una sfida: tecnica ma anche economica: se il materiale è poco concentrato, se i flussi sono piccoli o variabili, se non esiste un mercato stabile o un obbligo specifico di recupero previsto per legge, l’operazione di recupero può non essere conveniente.

Il paradosso del palladio

Un caso esemplare può essere quello del palladio. Nei RAEE il Pd, questo il simbolo nella tavola degli elementi, si trova soprattutto in schede elettroniche, hard disk, display LCD e plasma. Secondo le stime FutuRaM relative al 2022, circa 2 tonnellate di palladio sono state recuperate, mentre 4 tonnellate (il doppio) sono state perse in fase di raccolta e 3 addirittura durante la fase di trattamento e recupero. Solo poco più di un quinto risulta quindi teoricamente disponibile per il recupero. Assistiamo dunque ad un paradosso: la gran parte di questo materiale di alto valore viene persa perché non entra nel flusso giusto o non viene separato nel modo corretto.

Le stime per il futuro prevedono miglioramenti, ma non così risolutivi. Nel 2050, a fronte di 6-12 tonnellate annue di palladio stimate nei RAEE (a seconda dello scenario), la quota teoricamente disponibile per il recupero è stimata tra 2 e 9 tonnellate

Spiega ad esempio uno dei report del progetto: “La possibilità di recuperare platino, palladio e rodio dai catalizzatori presenti nei veicoli fuori uso è ormai consolidata, grazie al loro elevato valore economico e alla loro presenza concentrata nei catalizzatori. Tuttavia, le fluttuazioni dei prezzi dei metalli preziosi e la necessità di tecnologie efficienti di smantellamento e trattamento rimangono fattori importanti che influenzano l’efficienza del recupero”.

Le stime al 2050

Nel complesso, i modelli previsionali al 2050 impiegati nel progetto europeo confermano che non basterà aumentare i volumi raccolti: bisognerà migliorare il sistema nel suo insieme. Secondo FutuRaM, la quantità di RAEE nell’area UE27+4 potrebbe passare da 10,7 Mt nel 2022 a una forchetta tra 12,5 e 19 Mt. Le materie prime critiche contenute nei RAEE potrebbero salire a 1,2-1,9 Mt. La quota disponibile per il recupero potrebbe arrivare a 0,9-1,5 Mt, ma resterebbero perdite importanti: tra 200.000 e 800.000 tonnellate nella raccolta e tra 100 e 200 mila nel recupero. Quindi, anche nello scenario migliore, la miniera urbana non si svuota da sola: i rifiuti che la contengono vanno ri-progettati, raccolti, smontati e trattati in modo corretto.

Come spiega ancora Iattoni, “gli scenari futuri sviluppati in FutuRaM non sono previsioni, ma rappresentano possibili evoluzioni fino al 2050 in funzione di cambiamenti nei sistemi di raccolta, nelle tecnologie di riciclo e nelle dinamiche di mercato, permettendo di valutare come tali condizioni influenzino disponibilità e recupero di materie prime critiche dai RAEE e il raggiungimento dei target”.

Perché queste stime sono importanti? Secondo il direttore generale del WEEE Forum consentiranno di “fissare obiettivi realistici ma ambiziosi in materia di recupero, progettazione ecocompatibile, raccolta e riciclaggio dei CRM nell’attuazione del CRMA (ad esempio, gli articoli sul recupero dai rifiuti di estrazione e dai prodotti contenenti CRM) e nella revisione della legislazione sui rifiuti e sui prodotti (RAEE, batterie, veicoli fuori uso, edilizia)”. E di “dare priorità ai flussi di rifiuti e alle tecnologie con il più alto potenziale di recupero dei CRM nell’assegnazione dei finanziamenti UE, nella designazione dei progetti strategici nell’ambito del CRMA o nella definizione delle misure di sostegno dell’Industrial Accelerator Act (IAA) per i materiali a basse emissioni di carbonio di origine UE”.

Un ventaglio di interventi necessari

La soluzione indicata dai documenti non è – e non potrebbe essere – una sola, ma una catena di interventi.

Eccone i passi elencati di seguito:

Aumentare la raccolta conforme, perché ciò che non entra nel sistema formale di raccolta e trattamento difficilmente potrà diventare materia prima seconda. Anche nuove tecnologie di selezione (come LIBS, spettroscopia di plasma indotto da laser, o XRF – fluorescenza a raggi X, strumenti utili per distinguere composizioni, materiali e leghe) possono aiutare, ma non sostituiscono la buona raccolta, la separazione alla fonte e la progettazione per il disassemblaggio;

Identificare prodotti e componenti ricchi di materie prime critiche, per indirizzarli verso trattamenti mirati;

Progettare prodotti più facili da smontare, perché l’ecodesign finalizzato anche alla separazione evita che materiali preziosi finiscano dispersi in flussi misti o nella triturazione indifferenziata. Anche l’etichettatura sarà importante: per sapere, magari grazie al passaporto digitale del prodotto, quali e quante materie prime ci sono nei rifiuti e dove sono localizzate (e magari come separarle dal resto delle componenti);

Creare condizioni economiche e normative che rendano conveniente il recupero delle CRM, anche quando sono presenti in piccole quantità o in componenti difficili da separare;

Potenziare le infrastrutture dati. Anche i dati, infatti, sono un’infrastruttura del riciclo. Se produttori, sistemi collettivi, impianti e autorità non usano classificazioni e linguaggi compatibili su prodotti, componenti, materiali e codici, sarà difficile sapere dove intervenire e quali frazioni indirizzare verso recuperi mirati. Serviranno dati di composizione armonizzati e sufficientemente granulari rispetto alla separabilità delle parti contenenti materie prime critiche. E per veicolarli serviranno strumenti come il passaporto digitale di prodotto.

Materie prime critiche, dal contenuto al riciclo: perché sapere “quanto materiale c’è” non basta