Il processo elettrochimico consente il recupero di preziose materie prime

La domanda di batterie agli ioni di litio, indispensabili per auto elettriche, smartphone e computer portatili, è in crescita. Secondo uno studio della società di consulenza Deloitte, le importazioni di litio in Germania sono passate da 514 milioni di euro nel 2013 a 21 miliardi di euro nel 2023 - un aumento di circa quaranta volte. Anche materie prime come il cobalto e il nichel sono molto importanti dal punto di vista economico, ma sono difficili da ottenere. L'importazione di questi materiali aumenta la dipendenza globale.

I ricercatori del Fraunhofer IFAM di Brema stanno lavorando a una soluzione. "Vogliamo recuperare materie prime preziose e terre rare ad alta resa e purezza, chiudendo così il ciclo del prodotto e riducendo le dipendenze", spiega Julian Schwenzel, responsabile dell'accumulo di energia elettrica presso il Fraunhofer IFAM.

Riduzione della dipendenza da materie prime critiche Nel progetto MeGaBat, che si concentra sui metodi di estrazione elettrochimica dei materiali attivi delle batterie, i ricercatori stanno sviluppando un processo elettrochimico per isolare materiali come litio, cobalto e nichel nel riciclaggio delle batterie. I ricercatori intendono inoltre utilizzare il processo per recuperare le terre rare.

L'idea alla base della tecnologia: L'acqua di processo che si accumula nel riciclaggio delle batterie viene convogliata in un reattore elettrochimico. Il reattore contiene due elettrodi prodotti dai ricercatori del Fraunhofer IFAM mediante serigrafia. "Grazie alle loro speciali proprietà, gli elettrodi estraggono e immagazzinano selettivamente gli ioni dalle acque reflue", spiega Cleis Santos, responsabile del gruppo per i processi elettrochimici per il riciclaggio e il trattamento delle acque. "Questo permette loro di estrarre, ad esempio, ioni di litio, e alla fine del processo otteniamo la sostanza separata sotto forma di polvere di elevata purezza".

L'acqua purificata viene reintrodotta nel processo dopo l'isolamento della sostanza desiderata. Con le opportune modifiche, gli elettrodi possono essere utilizzati anche per assorbire e recuperare altre materie prime scarse dalle acque reflue, come cobalto, nichel o rame. "A lungo termine, è ipotizzabile che le acque reflue possano essere convogliate attraverso più reattori in un sistema su larga scala", spiega Santos. "Potremmo così riciclare diverse materie prime critiche all'interno dello stesso impianto". A differenza degli attuali metodi di riciclaggio, come il trattamento piro e idrometallurgico - che richiede molta energia e genera molta CO2 - la nuova tecnologia funziona senza sostanze chimiche come basi o acidi e richiede meno energia, rendendola più conveniente.

Oltre a migliorare la purezza delle materie prime recuperate, l'efficienza dell'intero processo può essere migliorata di circa il 30-40%. Questo è un vantaggio cruciale, spiega Schwenzel: "In futuro, le normative europee richiederanno ai produttori di dichiarare più frequentemente la loro impronta di carbonio totale, dalla materia prima al prodotto finito, e i nuovi prodotti dovranno contenere una maggiore frazione di materiale riciclato". L'efficienza e la qualità del recupero diventano quindi sempre più importanti".

I ricercatori hanno già testato con successo questa nuova tecnologia nel laboratorio Fraunhofer IFAM. Attualmente il team sta lavorando a un impianto pilota su larga scala. In futuro si potrebbero recuperare anche gli elementi delle terre rare, ad esempio dai rifiuti elettronici: "Finora abbiamo dovuto importare il 100% dei nostri elementi di terre rare. "Il nostro processo ci permetterebbe di ridurre questa dipendenza", spiega il capogruppo Santos.