Inventate da John Goodenough, Stanley Whittingham e Akira Yoshino – che vinsero il Premio Nobel per la chimica nel 2019 grazie a questa scoperta – le batterie agli ioni di litio hanno rivoluzionato il mondo dell’elettronica. In questo articolo andremo ad approfondire i processi di produzione, smaltimento e riciclo di quelle che sono diventate in breve tempo il “cuore energetico” per il funzionamento di un’ampia gamma di oggetti di uso quotidiano: cellulari, auricolari e laptop, solo per citarne alcuni, approfondendo il loro ruolo in campo industriale e in quello della mobilità elettrica.
Le batterie al litio rappresentano una tecnologia sostenibile e flessibile, in grado di accumulare e rilasciare grandi quantità di energia e, soprattutto, sono ricaricabili, tanto da essere considerate uno strumento utile per la transizione energetica green. Ma cosa serve per realizzare e smaltire queste batterie? Qual è il loro impatto ambientale? E soprattutto: è possibile riciclarle in modo efficiente?
Batterie al litio, tecnologia chiave per la decarbonizzazione
L’automobile ha portato comfort e indipendenza alla vita di miliardi di persone, ma le quantità sempre crescenti di emissioni fossili causate dai motori a combustione interna hanno messo a dura prova l’ambiente, incidendo in modo sostanziale sul cambiamento climatico. Il settore dei trasporti stradali è infatti responsabile del 30% delle emissioni totali di CO2 europee, di cui ben il 60,7% del totale è rappresentato dalle automobili. L’impiego delle batterie agli ioni di litio, ci ha proiettato in una nuova era della mobilità, che diventa sempre più elettrica, green e sostenibile, riducendo o eliminando totalmente l’utilizzo di combustibili fossili per alimentare i veicoli, senza dimenticare che per il Green Deal Europeo e gli obiettivi di neutralità climatica al 2050, le emissioni di gas serra dei trasporti dovranno essere ridotte del 90% nell’arco dei prossimi trent’anni.
Secondo le conclusioni dell’EEA, l’Agenzia Europea dell’Ambiente, i veicoli elettrici impattano meno sull’inquinamento e sul clima rispetto alle auto a benzina o diesel e contribuiscono a ridurre anche l’inquinamento acustico perché decisamente più silenziosi. Inoltre, considerando il ciclo di vita completo di questo tipo di veicoli, le auto elettriche emettono 3 volte meno CO2 rispetto ai modelli tradizionali diventando ovviamente l’opzione più appetibile per il futuro della mobilità.
“La batteria agli ioni di litio sta davvero rivestendo un ruolo centrale nel processo di decarbonizzazione” così commenta Hans Eric Melin, il fondatore di Circular Energy Storage,“Per tutto ciò che riguarda la mobilità, le batterie agli ioni di litio sono realmente state una tecnologia chiave. Il potenziale di questo settore è molto grande, stiamo ottenendo una tale scala nella produzione da essere in grado di ridurre significativamente il costo delle batterie”.
La produzione delle batterie al litio
Si prevede che la flotta globale di veicoli elettrici crescerà esponenzialmente nel prossimo decennio, passando da circa 8 milioni di veicoli a ben 116 milioni! Questo significa che anche la domanda di batterie agli ioni di litio aumenterà ed è qui che potremmo andare incontro ad alcuni “problemi di impatto ambientale”. Infatti, per produrre questo tipo di batterie, come per qualsiasi industria estrattiva, servono le materie prime. Circa il 50% della riserva mondiale di Litio, il metallo alcalino alla base delle batterie, si trova nel cosiddetto “triangolo del Litio“, una zona tra Argentina, Bolivia e Cile.
Il processo di estrazione mineraria di questo componente comporta il pompaggio di acqua salata dai laghi sotterranei nelle piscine per l’evaporazione, generando un processo che può danneggiare il suolo circostante, monopolizzare le forniture di acqua e contaminare l’aria. Senza contare che il litio è una risorsa limitata. Secondo un report pubblicato su Nature di Peter Greim, Solomon Asfaw e Christian Breyer, dello Lappeenranta-Lahti University of Technology (LUT), in Finlandia, e l’università di Asburgo, in Germania, dalla metà di questo secolo bisognerà implementare sistemi di riciclo estremamente efficienti, sostituti delle batterie e applicazioni veicolo-griglia, altrimenti le risorse di litio non saranno sufficienti a soddisfarne la crescente domanda.
C’è poi il cobalto, altro elemento fondamentale per le batterie agli ioni di litio. Il Cobalto è un metallo che si trova principalmente nella Repubblica Democratica del Congo e la sua attività mineraria è stata spesso collegata a condizioni di lavoro disumane e al lavoro minorile. Inoltre, le persone esposte alle polveri possono soffrire di malattie polmonari o problemi cardiaci.
Possiamo quindi dedurre che non è tutto oro quello che luccica…
Infatti alla fase di estrazione delle materie prime (di per sé molto impattante) dobbiamo aggiungere il fattore energetico necessario per realizzare le batterie, soprattutto nel processo di produzione delle celle, che richiede molta energia e di conseguenza emissioni di CO2. La percentuale varia dal mix di elettricità del paese produttore.
Secondo il Report “Lithium-Ion Vehicle Battery Production” la produzione di una sola batteria per un’auto di piccole dimensioni, potrebbe causare più di 4 tonnellate di CO2. Per rendere meglio l’idea sarebbe equivalente a guidare un nuovo veicolo diesel acquistato nell’UE per circa 33.000 chilometri.
La buona notizia è che le emissioni stanno diminuendo poiché la produzione di batterie diventa più efficiente e ci stiamo spostando verso fonti di energia più pulite. La cattiva invece è che le batterie perdono capacità nel tempo. Quindi, poiché ci sono sempre più veicoli elettrici, ci saranno anche sempre più batterie esauste da gestire.
E la domanda riguarda il “come?
Lo smaltimento batterie litio
Secondo Ada Kong, Toxic Campaign manager per Greenepace Asia, che ha lavorato a un report su questo tema per la nota associazione ambientalista: “Dovrebbero essere raccolte e selezionate, ricombinate e riutilizzate per scopi diversi, in applicazioni diverse… Le batterie che vengono usate nei veicoli elettrici sono in realtà molto potenti. Dopo che sono utilizzate per un periodo compreso tra i 5 e gli 8 anni, non possono più corrispondere alle esigenze di un’auto, ma hanno ancora prestazioni sufficienti per altre funzioni.” Quindi è possibile dare una seconda vita alle batterie delle auto usate. Ad esempio, possono essere trasformate in accumulatori per l’energia eolica o solare, oppure alimentare, un carrello elevatore o una barca. Già oggi le batterie dei veicoli elettrici esauste sono impiegate per questi scopi, ma non ancora a livelli sufficienti per parlare di un vero sistema circolare.
Il riciclo delle batterie agli ioni di litio comporta un passaggio che prevede la loro fusione. Questo processo utilizza molta energia, crea emissioni tossiche e implica la perdita di parte dei materiali. È per questo che le aziende stanno trovando nuove soluzioni per riciclarle.
L’azienda canadese di riciclaggio di batterie agli ioni di litio Li-Cycle ha messo a punto un sistema per recuperare un’alta percentuale di materiali che prevede una prima fase di processo meccanico che rompe le batterie e separa i materiali da recuperare: le batterie vengono triturate durante una fase di immersione in una soluzione non tossica che impedisce loro di prendere fuoco e, nel peggiore dei casi, di esplodere. In questa fase i materiali come plastica, rame e alluminio vengono separati da quella che l’industria definisce “massa nera che contiene anche i materiali “preziosi” come cobalto, nichel e litio.
A questa fase segue un processo di idrometallurgia su misura, o chimica umida, per trasformare la massa nera in materiali per batterie. In questa parte del processo vengono aggiunte sostanze chimiche che vengono integrate nei prodotti finali o riutilizzate nel processo, e di conseguenza non producono acque reflue. Al termine di questo processo si ottiene una massa nera separata nei suoi singoli componenti, come litio, cobalto e nichel.
L’obiettivo finale messo a punto dalla Li-Cycle è di estrarre tutti questi elementi preziosi dalle vecchie batterie e reinserirli in quelle nuove, anche se al momento questa soluzione non è ancora applicabile su larga scala.
Per quanto riguarda l’Europa, il vecchio continente non possiede al momento una posizione di rilievo nel mercato del riciclo delle batterie al litio, trainato da Cina e Corea del Sud, i maggiori importatori di batterie esauste di tutto il mondo. Questa però potrebbe essere una situazione in rapido cambiamento: nel Dicembre 2020 la Commissione europea ha presentato il nuovo regolamento sulle batterie sostenibili, con l’obiettivo di aumentare la circolarità del mercato interno dell’accumulo.
Le risposte dal settore del riciclo non si sono fatte attendere a lungo con il lancio di Reneos, la prima piattaforma europea per la raccolta e il riciclo delle batterie delle auto elettriche creata da 5 organizzazioni europee dedicate all’economia circolare tra cui l’italiana Cobat (controllata al 56% dal gruppo Innovatec), che da oltre 30 anni si occupa del riciclo di accumulatori.
È difficile tenere traccia esattamente di quante batterie agli ioni di litio vengono oggi riciclate, principalmente a causa dei flussi di esportazione. Ma la panoramica è destinata a cambiare, soprattutto in Asia, che è anche uno dei maggiori produttori. All’incremento dei volumi di batterie esauste diventerà sempre più incisivo, anche economicamente, trovare soluzioni efficienti e sostenibili per riciclarle. In un mondo ideale che tutti ci auguriamo, non ci dovrebbe essere più bisogno di estrarre minerali vergini ma riutilizzare quelli già in circolo e a tempo indeterminato.
La buona notizia è che le batterie agli ioni di litio rappresentano già uno dei prodotti più circolari esistenti. Quello che è certo e che più batterie avremmo sul mercato, più la questione del riutilizzo e riciclo diventerà preponderante.
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