La verità sul riciclo delle batterie

Farei un passo indietro. Sicuramente per tutto ciò che riguarda le nuove applicazioni, compreso l'accumulo stazionario che sta assorbendo gran parte della produzione odierna, il 99% del mercato è basato sugli ioni di litio. Tuttavia, è una chimica abbastanza giovane. La prima cella commerciale agli ioni di litio è stata venduta nel 1991: parliamo di circa 35 anni di storia. Questo significa che da un lato abbiamo visto un'ottimizzazione clamorosa dei sistemi e un abbattimento dei costi, ma dall'altro il grosso delle vendite è avvenuto solo negli ultimi 15 anni. Di conseguenza, di batterie "esauste" ne abbiamo ancora molto poche, soprattutto in ambito automotive.

Tutti chiedono batterie che durino di più, ma la verità è che quelle attualmente nei veicoli continuano a fare il loro lavoro per decine di migliaia di cicli. Le aziende che fanno riciclo, oggi, sono all'inizio proprio perché manca la materia prima da riciclare. Spesso ci dicono: "Non abbiamo batterie su cui testare i nostri processi".

Le batterie al piombo-acido hanno una storia di oltre 160 anni. L'industria del loro riciclo è ancorata e fortemente attiva. Per battuta dico sempre: il piombo che c'è nella batteria della mia auto probabilmente è lo stesso che c'era nell'auto di mio nonno. Il riciclo del piombo è semplice perché si basa su chimica acquosa.

Per i sistemi al litio, in ambito automotive, parliamo di tensioni molto elevate (500-800 Volt). Aprire e smantellare un pacco batterie richiede competenze specifiche e grande sicurezza. Quando poi arrivi alla singola cella, i solventi al suo interno sono organici, quindi serve un ambiente controllato. È un sistema più complesso, che oggi viene gestito con impianti completamente robotizzati.

Non ho un numero esatto sottomano, ma siamo davvero all'inizio. In Asia, e in particolare in Cina, l'ambito del riciclo è invece già molto sviluppato. Il vantaggio delle batterie è che, a differenza dei combustibili fossili che vengono bruciati e dispersi all'80%, quello che c'è dentro un pacco batteria può essere riutilizzato al 100%. L'Europa ha introdotto un regolamento che ci impone quote crescenti di materiali riciclati all'interno delle nuove batterie. Ma perché in Cina sono più veloci? Perché loro hanno mantenuto e sviluppato le aziende chimiche, cosa che noi in Europa abbiamo parzialmente smantellato negli anni.

Abbiamo diversi metodi. Uno, via via dismesso, è quello pirometallurgico: si trita tutto e si brucia. Si eliminano i composti carboniosi, si perde il litio e si recuperano solo i metalli pesanti (cobalto, nichel, manganese). È un metodo incompleto. Oggi va per la maggiore il metodo idrometallurgico.

Consiste nel portare in soluzione i componenti: prendo il materiale attivo, lo smantello e faccio precipitare i sali di litio, di cobalto, di nichel e di ferro. Il problema europeo è questo: una volta ottenuti questi sali di base, per fare un nuovo pacco batterie bisogna risintetizzare la materia attiva. A noi manca proprio questo anello della filiera. Non avendo quasi più aziende chimiche dedicate, dobbiamo spedire i materiali in Cina. Oltre il 95% delle materie attive arriva da lì. Loro prendono le materie prime (estratte o riciclate), le trasformano in materia attiva e ce le rivendono per costruire le celle.

Esatto. Loro non hanno tutte le materie prime, ma hanno investito massicciamente, ad esempio in Sud America, e hanno le infrastrutture chimiche per chiudere il cerchio.

Il metodo idrometallurgico è costoso. Ci sono chimiche, come la Litio-Ferro-Fosfato (LFP) che oggi domina lo storage stazionario e molte auto, che hanno un costo di produzione bassissimo. I materiali di partenza costano talmente poco che, per un'azienda, costa meno comprare il materiale LFP nuovo che riciclarlo. Si ricicla solo perché si è obbligati dalla legge, non per vantaggio economico. Tuttavia, il legame ferro-fosfato è estremamente stabile, le celle fanno decine di migliaia di cicli senza degradare la struttura. Quando smantelliamo queste batterie, il materiale è ancora in buone condizioni. Per questo si sta studiando il riciclo diretto.

Invece di sciogliere la batteria fino ai sali di base e poi risintetizzarla (consumando energia), con il riciclo diretto prendiamo il materiale attivo esausto e lo "rivitalizziamo", aggiungendo ad esempio il litio perso nel tempo. Lo riportiamo direttamente allo stato di materiale pronto per una nuova cella, saltando un'intera fase industriale. Ci sono numerosi progetti europei (con dentro anche aziende italiane) che ci stanno lavorando. Non è ancora su scala industriale commerciale, ma è facilmente implementabile.

Moltissimo. Oggi parliamo di Design to Manufacturing e Design to Recycling.

A livello di singola cella, l'elemento attivo è una polvere attaccata a un foglio di alluminio (catodo) e di rame (anodo). Dobbiamo progettare celle dove sia facile staccare questa polvere a fine vita per recuperare i metalli intatti. A livello di pacco batteria, è ancora più critico. Se uso celle prismatiche o cilindriche e le collego meccanicamente, è un conto. Ma alcune aziende, come Tesla in alcune applicazioni, "annegano" le celle in resine o schiume strutturali. Se hai un pacco batteria annegato in una sorta di "pongo" indurito, e vuoi staccare solo le celle difettose per salvare le altre, diventa difficilissimo. Diventa molto più complesso anche il disassemblaggio per il riciclo.

Esatto. Un pacco auto che scende all'80% della capacità non è più ottimale per i veicoli, ma è perfetto per gli accumuli stazionari (i BES, Battery Energy Storage). Enel X e altri ci stanno investendo molto. Queste batterie fanno 10-12 anni sull'auto, poi magari ne fanno altri 10-15 nello stazionario. Arrivano al riciclo dopo 25 anni. Questo è ottimo per l'ambiente, ma, di nuovo, rallenta la fornitura di materie prime per le aziende di riciclo oggi.

Assolutamente no. Se fosse vero, l'auto elettrica non avrebbe mai preso piede. Guardiamo i mercati più maturi: in Norvegia, dove sono stati dati forti incentivi e agevolazioni, la gente non torna indietro al motore a combustione. Nessuno rinuncia all'elettrico perché "si è rotta la batteria". Personalmente ho un impianto fotovoltaico con accumulo a casa e dico sempre, per battuta: quelle batterie non le cambierò mai io, ci penseranno forse i miei figli.

Andare verso lo stato solido significa togliere il componente liquido (l'elettrolita), che è quello più delicato e infiammabile. Sostituendolo con un solido o un semi-solido, possiamo sostituire l'anodo in grafite con il litio metallico, che ha una capacità 10 volte superiore. La densità energetica sale moltissimo. Siamo vicini alla commercializzazione, ma inizialmente i costi saranno elevatissimi, come fu per il litio agli albori (che è passato da ben oltre i 100€/kWh a circa 50€/kWh oggi).

Lo stato solido partirà dalle supercar e dalle nicchie, per poi scendere. Per le masse e lo stazionario, la vera alternativa è il Sodio-Ione. Il sodio è abbondantissimo ed economico. Ha una densità energetica inferiore al litio, quindi non andrà bene per le auto ad alte prestazioni, ma per le utilitarie, gli scooter e l'accumulo domestico sarà perfetto.

Più o meno siamo lì. L'elettrolita liquido attuale è difficile da recuperare perché evapora facilmente, serve catturarlo a basse temperature. Con lo stato solido bisognerà capire quanto l'elettrolita solido sia interconnesso ai poli, ma alla fine si tratta sempre di scomporre i materiali per riottenere i sali di partenza.

Partiamo da un dato: la percentuale di litio in un pacco batteria è di circa l'1% della massa. È un elemento leggerissimo presente in quantità piccolissime. Oggi non possiamo sostenere la produzione di massa con il solo riciclo perché stiamo producendo infinitamente di più rispetto a 10 anni fa. Dobbiamo estrarre. Il litio si estrae dalle miniere o dalle saline (i Salar sulle Ande a 4.000 metri), con processi di evaporazione lenti che richiedono attenzione all'uso dell'acqua locale.

Ma il vero elefante nella stanza è un altro: il maggiore impatto etico e ambientale ce l'ha il Cobalto. Ebbene, il cobalto si utilizza massicciamente nell'elettronica di consumo (cellulari, computer, la chimica Litio-Cobalto-Ossido). Nell'automotive moderno e nello stazionario, la quantità di cobalto è ormai residuale (sotto il 10%) o totalmente assente (nella diffusissima Litio-Ferro-Fosfato è zero). Quindi, se vogliamo puntare il dito sullo sfruttamento del cobalto, dovremmo puntarlo contro i nostri smartphone, non contro le auto elettriche.

La prima sfida, che è costata cara a grandi aziende nordeuropee come Northvolt, è il personale. Ci mancano disperatamente ingegneri chimici, elettrici, meccanici preparati su come è fatta e come si produce una cella. Il più grande investimento oggi è la formazione dei giovani.

La seconda è la specializzazione: avremo batterie "Tailor-made", fatte su misura. Litio per la potenza, Sodio per l'economia, e tecnologie affascinanti come il Litio-Zolfo (lo zolfo è uno scarto dell'industria petrolifera, abbondantissimo, e promette densità energetiche enormi).

Infine, la digitalizzazione. Stiamo costruendo i Digital Twin (gemelli digitali) delle linee di produzione per ottimizzare i mix chimici senza sprecare materiali reali. E stiamo inserendo sensori nelle celle per avere una mole di dati che ci permetterà di gestirne l'usura, la sicurezza e il riciclo in modo perfetto. È un mercato giovanissimo che sta creando un'infinità di posti di lavoro in settori che vanno dalla meccanica, all'elettronica, ai laser.

Esatto. E aggiungo: un'auto da 2.000 km di autonomia non ci servirà mai. Gli elettroni sono "democratici", se produrremo tanta energia rinnovabile (sole, vento) dovremo solo essere bravi ad accumularla, con batterie chimiche, volani meccanici o idrogeno, per usarla quando serve. Lo scopriremo nei prossimi anni!

Grazie a voi per l'ospitalità!