Riciclo batterie, dopo l'italiana AraBat anche la Chalmers University sceglie gli acidi vegetali

Il progresso tecnologico che ha portato alla creazione di diversi dispositivi digitali (ora diventati parti integranti delle nostre vite, come smartphone, pc portatili, lettori mp3, tablet, cuffie wireless, smartwatch e così via) ha al contempo creato una quantità enorme di batterie agli ioni di litio, che possono diventare sia un rifiuto, sia una risorsa.

A fare la differenza fra le due, è il modo in cui queste celle verranno gestite una volta arrivate a fine vita.

L'avvento (e la costante crescita) delle auto elettriche ha dato un ulteriore impulso alla creazione di percorsi di recupero e riciclo delle batterie in disuso, al fine sia di evitare scenari post-apocalittici di discariche a cielo aperto, sia di creare circuiti virtuosi con cui anche un'economia priva di giacimenti strategici possa rendersi indipendente nell'approvvigionamento di materie vitali per la creazione di nuove batterie.

A seguire questa strada non sono solo case automobilistiche (come Volkswagen e Mercedes-Benz), ma anche società del settore (come Northvolt), giovani start-up e Università: fra queste ultime, l'italiana AraBat e la svedese Chalmers University of Technology (di cui abbiamo parlato in questo articolo riguardo lo sviluppo di una trasmissione energetica wireless) hanno deciso entrambe di utilizzare acidi vegetali per processi di riciclaggio sostenibili.

Secondo quanto dichiarato dall'Istituto svedese tramite i propri canali ufficiali, il processo messo a punto dal gruppo di ricerca consente di recuperare il 100% dell'alluminio e il 98% del litio dalle batterie delle auto elettriche, riducendo al minimo la perdita delle altre materie prime di alto valore come nichel, cobalto e manganese.

Lo studio "Complete and selective recovery of lithium from EV lithium-ion batteries: Modeling and optimization using oxalic acid as a leaching agent" è stato pubblicato sulla rivista ScienceDirect.

All'interno del laboratorio della Chalmers University, il team ha sperimentato il trattamento della massa nera (ovvero la miscela in polvere degli importanti materiali attivi di una batteria) in acido ossalico, ricavabile da diversi alimenti quali: spinaci, rabarbaro, cereali integrali e cavoli.

L'acido ossalico è usato da secoli anche in apicoltura come soluzione "d'emergenza" alla lotta alla varroa, un parassita che si attacca alle api "spolpandole" e che, se non fermato in tempo, può sterminare interi alveari.

La batteria utilizzata nei test degli accademici svedesi apparteneva a un modello elettrico di Volvo; il processo a cui è stata sottoposta la cella viene descritto, dallo stesso team, come "simile alla preparazione del caffè".

Come per la preparazione di un ottimo espresso è necessario seguire pedissequamente alcuni passaggi, così i ricercatori hanno prestato la massima attenzione a temperatura, concentrazione e durata del processo, combinandole con precisione affinché la procedura con l'acido ossalico avesse l'effetto desiderato.

Léa Rouquette, dottoranda presso il Dipartimento di Chimica dell'Università, e Martina Petranikova, team leader della ricerca, hanno mostrato come funziona il nuovo metodo in questo video.

"Finora nessuno è riuscito a trovare esattamente le giuste condizioni per separare così tanto litio utilizzando l'acido ossalico, rimuovendo allo stesso tempo tutto l'alluminio. Poiché tutte le batterie contengono alluminio, dobbiamo essere in grado di rimuoverlo senza perdere gli altri metalli", ha spiegato Léa Rouquette, illustrando come, nei tradizionali processi idrometallurgici, la massa nera venga dapprima disciolta in un acido inorganico e solo successivamente le "impurità" (come alluminio e rame) vengano rimosse permettendo il recupero di materiali preziosi quali cobalto, nichel, manganese e litio.

Questo iter, tuttavia, oltre ad avvalersi di acidi molto aggressivi e dannosi, richiede numerose fasi di purificazione per recuperare tutti i materiali: ognuno di questi processi (volti, come detto prima, ad eliminare rame ed alluminio) comporta perdite di litio.

Al contrario, il metodo della Chalmers porta ad avere le componenti divise in due fasi, una liquida ("l'espresso"), dove si trovano litio ed alluminio, e una solida ("i fondi del caffé"), dove rimangono le altre componenti metalliche.

"Poiché i metalli hanno proprietà molto diverse, non pensiamo che sarà difficile separarli. Il nostro metodo rappresenta una nuova strada promettente per il riciclaggio delle batterie, una strada che merita sicuramente ulteriori esplorazioni", ha affermato Rouquette.

"Abbiamo bisogno di alternative ai prodotti chimici inorganici, che ci permettano inoltre di risolvere uno dei maggiori colli di bottiglia nei processi odierni, ovvero la rimozione di materiali residui come l'alluminio. In questa prospettiva, il nostro è un metodo innovativo che può offrire all'industria del riciclaggio nuove alternative e soluzioni ai problemi e limiti che ne stanno ostacolando lo sviluppo", ha aggiunto Martina Petranikova, sottolineando come questo sia solo "Poiché il metodo può essere ampliato, speriamo che possa essere utilizzato nell'industria negli anni futuri".

Il gruppo di ricerca di Petranikova ha raccolto i frutti di un lavoro di studio, sperimentazione e ricerca durato anni, venendo coinvolto in importanti collaborazioni con aziende per sviluppare il riciclaggio delle batterie delle auto elettriche, come il progetto Nybat di Volvo Cars e Northvolt.

Nel titolo abbiamo menzionato AraBat, una start-up pugliese che, come Caltech, ha trovato negli acidi della frutta il mezzo più sostenibile per riciclare le batterie agli ioni di litio; la piccola azienda, utilizza precisamente sostanze corrosive ricavate dalle bucce d'arancia, andando in questo modo anche a nobilitare gli scarti dell'industria agricola locale.