La caratterizzazione accurata delle masse nere come chiave per un riciclaggio efficiente delle batterie
I nuovi metodi analitici sono stati concepiti per individuare con precisione i contaminanti e ottimizzare i percorsi di riciclaggio
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L'attuale regolamento dell'UE sulle batterie prevede quote di riciclaggio ambiziose. Tuttavia, i presupposti fondamentali per un riciclaggio efficiente delle batterie sono processi di riciclaggio intelligenti, una valutazione affidabile e una lavorazione di alta qualità dei materiali riciclati provenienti dalle batterie agli ioni di litio. Con il progetto SHERLOCK prende il via un'iniziativa di ricerca volta ad affrontare queste sfide: un ulteriore tassello nel percorso verso un'economia circolare economica e sostenibile per le batterie.
Analisi e valutazione affidabili dei materiali riciclati dalle batterie per un ciclo efficiente dei materiali nella produzione di batterie
© Fraunhofer ISC
Data la disponibilità limitata di risorse e i crescenti requisiti normativi, il riciclaggio delle batterie continua ad acquisire importanza. Per gli operatori della mobilità elettrica tedeschi ed europei, una catena del valore resiliente e sostenibile è fondamentale. Oltre ai processi di riciclaggio ad alte prestazioni, sta assumendo sempre maggiore rilevanza la caratterizzazione analiticamente solida dei prodotti intermedi del processo.
Uno di questi prodotti intermedi fondamentali è la cosiddetta «massa nera». Questo materiale a grana fine contiene elementi preziosi come litio, nichel, cobalto e grafite; tuttavia, la sua composizione varia in modo significativo a seconda del tipo di batteria, dello stato di invecchiamento, della storia d’uso e del processo di riciclaggio. Questa variabilità, insieme alle impurità presenti, ha finora complicato l’ulteriore lavorazione e può portare a perdite di efficienza o a compromessi in termini di qualità nei materiali riciclati.
Sviluppo di classi di qualità standardizzate per il prodotto di riciclaggio «black mass»
È qui che entra in gioco SHERLOCK: il progetto sta sviluppando nuovi metodi di analisi e caratterizzazione che consentono una valutazione precisa e riproducibile della black mass. L’obiettivo è definire classi di qualità standardizzate e ricavare raccomandazioni concrete per i processi di riciclaggio a valle. Il lavoro si basa sia su “black mass” industriali reali sia su materiali modello appositamente prodotti con proprietà definite. Questi consentono di indagare sistematicamente gli effetti di specifiche impurità e di convalidare in modo mirato i metodi analitici.
Particolare attenzione è rivolta allo studio degli effetti delle impurità sui processi di riciclaggio diretto e idrometallurgico. Ciò porta alla creazione di un catalogo completo di criteri per la valutazione delle masse nere, che in futuro consentirà una selezione dei percorsi di riciclaggio ottimizzata in base al processo. Parallelamente, si stanno sviluppando nuovi metodi per la rimozione mirata delle impurità, al fine di migliorare significativamente la qualità delle materie prime recuperate.
I metodi analitici innovativi svolgono un ruolo centrale in questo processo. Oltre alle tecniche consolidate quali l’analisi a fluorescenza di raggi X con sincrotrone (SR-XRF), l’analisi a fluorescenza di raggi X a riflessione totale (TXRF) e la spettrometria di emissione ottica o la spettrometria di massa con plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES/MS), il progetto impiega, tra le altre tecniche, la risonanza magnetica nucleare nel dominio del tempo (TD-NMR), la spettroscopia a particelle magnetiche (MPS/COMPASS) e la spettroscopia di rottura indotta dal laser (LIBS). Questi metodi consentono una caratterizzazione dettagliata delle proprietà strutturali, magnetiche e chimiche delle masse nere e forniscono informazioni preziose sulla loro composizione, purezza, eterogeneità e potenziale di pericolo. Di conseguenza, i flussi di materiale possono essere classificati con maggiore precisione, valutati in termini di sicurezza e indirizzati verso un’ulteriore lavorazione di alta qualità.
Metodologia trasferibile e scalabile
Un risultato chiave del progetto è lo sviluppo di una specifica tecnica che definisce linee guida standardizzate per la preparazione dei campioni, le strategie di calibrazione e le condizioni di misurazione. In questo modo, SHERLOCK getta le basi per un metodo analitico trasferibile e scalabile a livello industriale, applicabile in modo affidabile sia nei laboratori di ricerca che nelle applicazioni pratiche. Tale specifica sarà inoltre sottoposta ai comitati di normazione DIN e ISO.
Inoltre, il progetto valuta il potenziale delle catene di processo di riciclaggio ibride che combinano specificamente approcci diretti e idrometallurgici. L’obiettivo è sfruttare le sinergie e aumentare ulteriormente l’efficienza del recupero dei materiali.
Un solido consorzio lungo la catena del valore
Tra i partecipanti al progetto figurano l’Università di Münster (MEET Battery Research Center), il Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Berlino), l’Istituto federale per la ricerca e il collaudo dei materiali (BAM, Berlino), l’Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati ISC (Würzburg), l’Öko-Institut e.V. (Darmstadt) e i partner industriali Pure Devices GmbH e phase VISION GmbH (entrambi con sede a Rimpar). Il consorzio è supportato da partner associati del settore del riciclaggio, che forniscono al progetto le masse nere derivanti dai propri processi di riciclaggio e offrono consulenza tematica.
SHERLOCK consente di compiere un passo decisivo verso un’economia circolare basata sui dati e con qualità garantita nel riciclaggio delle batterie. Il processo di riciclaggio ottimizzato e il reimmissione efficiente delle materie prime secondarie nel ciclo produttivo possono inoltre contribuire a ridurre le emissioni di gas serra fino al 25 per cento. Il progetto rafforza l’autonomia tecnologica del settore e fornisce un importante contributo alla trasformazione sostenibile della mobilità elettrica.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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