Come si fa a trasformare 360.000 tonnellate di batterie usate all'anno in un tesoro di materie prime?

L'elettromobilità ha guadagnato slancio, in tutto il mondo e anche in Germania. Cosa succede quando le batterie vengono messe fuori servizio? A partire dal 2040, si prevedono ogni anno fino a 360.000 tonnellate di batterie agli ioni di litio a fine vita. Trattarle come rifiuti sarebbe uno spreco di risorse. I processi di riciclaggio pirometallurgico e idrometallurgico attualmente in uso per le batterie al litio riguardano solo alcuni dei materiali utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. Inoltre, richiedono un elevato consumo di energia o grandi quantità di materiali ausiliari e non sono quindi sufficientemente efficienti. Con le giuste tecnologie, le batterie a fine vita possono non solo servire come fonte di materie prime critiche, ma anche fornire i materiali funzionali già lavorati, risparmiando così energia e risorse. Le tecnologie necessarie devono ora essere ulteriormente sviluppate, ottimizzate e scalate in modo da essere disponibili in tempo.

In linea con la strategia tedesca per la sostenibilità e con il regolamento UE sulle batterie, il progetto ProBatman, lanciato di recente, mira a recuperare il maggior numero possibile di componenti materiali dalle batterie usate. Il progetto, coordinato da Netzsch-Gerätebau GmbH, vede un potenziale ambizioso nel riciclaggio diretto e nella risintesi comparativa e nel riutilizzo delle materie prime recuperate. Il trattamento da parte di ProBatman delle 340.000 tonnellate metriche di batterie usate previste ogni anno a partire dal 2040 potrebbe far risparmiare fino a 1,3 gigatoni di CO₂ equivalenti (1 gigatone = 1 miliardo di tonnellate).

Aumentare la redditività e la riciclabilità attraverso il riciclaggio diretto

I moderni materiali delle batterie agli ioni di litio non contengono né nichel né cobalto, il che rende meno redditizio l'uso di processi idro- o pirometallurgici. ProBatman si concentra quindi costantemente sul recupero dei componenti volatili e dei sali guida. Questo aspetto viene preso in considerazione fin dalla prima fase: l'apertura sicura delle celle della batteria sotto gas inerte. Anche la separazione dei materiali attivi contenenti ioni di litio dagli elettrodi, così come la successiva decerazione e selezione, devono essere eseguite nel modo più accurato e preciso possibile utilizzando le nuove tecnologie. I materiali recuperati vengono analizzati, puliti e rigenerati in modo specifico per il riutilizzo, a seconda della loro tipologia.

Focus su sicurezza, trasferibilità e maturità tecnologica

Le tecnologie necessarie per le singole fasi del processo saranno testate in termini di scalabilità, compatibilità ambientale e altri aspetti di sicurezza. Allo stesso tempo, tutti i parametri di processo e i dati sui materiali disponibili saranno valutati nell'ambito di un'analisi prospettica del ciclo di vita, al fine di individuare ulteriori potenziali di ottimizzazione e trasferire gradualmente le tecnologie a un livello di maturità superiore. Ciò dovrebbe rendere l'intero processo di riciclaggio interessante per i produttori di batterie e le aziende di riciclaggio specializzate.

Con i partner del progetto BMW AG, EurA AG, Fraunhofer ISC, Netzsch Group e l'Università di Würzburg, un consorzio esperto è pronto ad affrontare gli ostacoli tecnologici. Il consorzio è sostenuto da IBU-tec advanced materials AG, Trumpf Laser- und Systemtechnik SE, Jungheinrich AG & Co. KG, Zahner Elektrik GmbH & Co. KG e Delfortgroup AG.

Il Centro di Ricerca e Sviluppo Fraunhofer per l'Elettromobilità (FZEB) presso l'Istituto Fraunhofer per la Ricerca sui Silicati ISC ha iniziato a concentrarsi sul riciclaggio diretto delle batterie agli ioni di litio nella propria ricerca diversi anni fa. In una serie di progetti, è stata dimostrata la classificazione (cioè la separazione per tipo) e il recupero del litio ferro fosfato utilizzando centrifughe semicontinue ed è stata avviata la ricerca sulla rigenerazione di vari materiali attivi. Per avvicinarsi all'obiettivo principale di una batteria agli ioni di litio sostenibile e riciclabile, si stanno studiando approcci di progettazione per il riciclo e i vantaggi dei gemelli digitali. Inoltre, il Fraunhofer ISC contribuisce al progetto con le sue competenze scientifiche nella ricerca e nell'analisi dei materiali per le batterie agli ioni di litio e con il suo impianto di produzione pilota di celle a sacchetto.