La domanda di metalli preziosi necessari per le batterie è destinata a crescere nei prossimi decenni, di pari passo con lo sviluppo delle tecnologie energetiche pulite, e il luogo migliore per procurarseli potrebbe essere il riciclo delle batterie esauste. Gli scienziati della Rice University hanno studiato un sistema in grado di rimuovere lo strato inerte sui metalli delle batterie e di abbassare il loro stato di ossidazione, rendendoli solubili in acidi a bassa concentrazione. Sfruttando i principi dell’effetto Joule per portare i rifiuti combinati del catodo e dell’anodo a temperature superiori a 2100 gradi Kelvin in pochi secondi, il laboratorio del chimico della Rice James Tour ha ottenuto un rendimento di recupero dei metalli superiore al 98% da vari tipi di rifiuti misti di batterie.
“Abbiamo sviluppato un metodo ad alto rendimento e a basso costo per recuperare i metalli direttamente dalla ‘massa nera’ (i rifiuti combinati di catodo e anodo che l’industria cerca tradizionalmente di riciclare) che riduce significativamente l’impronta ambientale della lavorazione delle batterie esauste”, ha dichiarato Jinhang Chen, studente in chimica alla Rice e coautore dello studio pubblicato su Science Advances.
Il nuovo metodo non solo riduce significativamente i flussi di rifiuti secondari derivanti dalle soluzioni di lisciviazione acide e contaminate, ma anche la durata del processo di riciclaggio di quasi 100 volte. “Ci vogliono meno di 20 minuti per sciogliere le stesse quantità, invece di 24 ore”, ha detto Jinhang Chen. “I nostri risultati hanno il potenziale per ridurre il costo del riciclo dei rifiuti delle batterie grazie alla diminuzione del consumo di energia, acqua e acido e alle minori emissioni di anidride carbonica”.
“In particolare, la cinetica di lisciviazione dei metalli è migliorata grazie agli effetti combinati della decomposizione dello strato passivo e della regolazione dello stato di valenza del metallo per la prima volta”, ha dichiarato Weiyin Chen, ex studente laureato in chimica della Rice e co-autore principale.
Il processo potrebbe contribuire a potenziare il settore del riciclo delle batterie, un mercato che si prevede crescerà rapidamente. Quelle dei veicoli elettrici, infatti, hanno una durata media di 10 anni e poi vanno sostituite. Oltre a contribuire a ridurre i danni ambientali dell’attività estrattiva, il riciclo è una pratica economicamente vantaggiosa, poiché la concentrazione di metalli come il cobalto e il nichel è più elevata in molti tipi di batterie agli ioni di litio che nei minerali naturali.
“Attualmente, il 95% delle batterie non viene riciclato perché non abbiamo la capacità di farlo, anche se i rifiuti elettronici aumentano a un tasso annuo del 9%”, spiegano i ricercatori. Molti degli attuali processi di prevedono l’uso di acidi molto forti e tendono a essere disordinati e macchinosi. “Quello che abbiamo scoperto è che se si ‘flasha’ la massa nera, si possono facilmente separare i metalli critici usando solo acido cloridrico a bassa concentrazione. Si potrebbe dire che il flash libera i metalli, in modo che si dissolvano più facilmente. Stiamo ancora usando l’acido, ma molto meno”.
Lo studio include una valutazione del ciclo di vita che confronta il nuovo processo con i diversi metodi attuali di riciclo delle batterie. “Questo studio ha la capacità di motivare la crescita della gestione dei rifiuti e di contribuire alla produzione di massa di veicoli elettrici a costi più competitivi, abbassando il costo di produzione delle batterie”, ha detto Chen.
