Un nuovo processo riduce energia e chimica aggressiva, recupera metalli e grafite e migliora l’efficienza della filiera delle batterie.
Riciclo delle batterie, i vantaggi del plasma
Un nuovo processo per il riciclo delle batterie basato su plasma a microonde e acido citrico consente di recuperare quasi il 95% dei minerali critici, operando a temperatura ambiente e con solventi blandi.
Lo dimostra uno studio pubblicato su Advanced Materials, che introduce un pretrattamento capace di aumentare in modo significativo l’efficienza dell’estrazione dei metalli dalla cosiddetta black mass.
Il metodo permette di recuperare litio, cobalto, nichel e altri elementi strategici, ma anche di rigenerare la grafite, componente fondamentale delle batterie. Si tratta di un passaggio rilevante per ridurre l’impatto ambientale e migliorare la sostenibilità della filiera.
Il processo utilizza un trattamento al plasma della durata di 15 minuti, seguito da una fase di lisciviazione con acido citrico a temperatura ambiente. Il risultato è un recupero superiore al 90% per tutti i metalli, con punte fino al 95%, e una maggiore selettività nel recupero del litio.
In che modo il plasma modifica la black mass
La fase iniziale prevede la triturazione delle celle esauste in una miscela chiamata black mass, che contiene metalli e grafite.
Il trattamento al plasma, cioè un gas ionizzato ad alta energia, interviene su questa miscela modificandone la struttura. Le particelle vengono sottoposte a un bombardamento energetico che genera microfratture e aumenta la superficie reattiva.
Questo passaggio facilita la successiva estrazione dei metalli. A differenza dei metodi tradizionali, che richiedono alte temperature e acidi forti, il processo consente di lavorare con solventi deboli come l’acido citrico.
Nel dettaglio, il plasma consente di rompere le strutture degli ossidi metallici, rendendo più semplice la dissoluzione dei materiali. Inoltre, permette una separazione più efficiente del litio, che può essere recuperato anche in acqua.
Il riciclo delle batterie tradizionale
Le tecnologie attuali per il riciclo delle batterie si basano principalmente su processi pirometallurgici e idrometallurgici.
I primi richiedono temperature elevate, spesso superiori a 700–900°C, con consumi energetici significativi. I secondi utilizzano acidi concentrati e processi complessi, con impatti ambientali rilevanti.
In entrambi i casi, l’efficienza di recupero non è uniforme. Alcuni metalli vengono recuperati con buone rese, mentre altri risultano più difficili da estrarre. Inoltre, molti processi si concentrano solo sui materiali più preziosi, trascurando componenti importanti.
Lo studio evidenzia che le tecnologie attuali presentano basse rese complessive e non permettono il recupero completo dei materiali presenti nelle batterie.
Il nuovo approccio con plasma supera questi limiti, migliorando sia l’efficienza sia la sostenibilità del processo.
Il recupero della grafite
Nel riciclo delle batterie, la grafite rappresenta una delle principali criticità. Questo materiale costituisce circa il 22% del peso di una batteria agli ioni di litio.
Nei processi tradizionali, la grafite viene spesso danneggiata dalle alte temperature e non può essere riutilizzata nelle batterie. Di conseguenza, viene destinata a impieghi secondari, con una perdita di valore.
Il trattamento al plasma cambia questo scenario. Il processo rimuove residui e difetti accumulati durante l’uso della batteria, preservando la struttura del materiale.
I test mostrano che la grafite recuperata mantiene buone prestazioni elettrochimiche e può essere riutilizzata come anodo. Questo consente di ridurre la necessità di materie prime vergini e migliorare la sostenibilità complessiva del sistema.
I vantaggi del riciclo batterie con plasma
Il confronto con i processi tradizionali evidenzia vantaggi rilevanti per il riciclo delle batterie.
Il pretrattamento al plasma richiede solo 15 minuti, contro le 2 ore o più dei trattamenti termici convenzionali.
Anche il consumo energetico è inferiore. I forni industriali devono mantenere alte temperature per lunghi periodi, mentre il plasma consente un riscaldamento rapido e controllato.
Dal punto di vista chimico, l’uso di acido citrico a circa 30°C sostituisce l’impiego di acidi forti e temperature elevate.
I test comparativi mostrano che il recupero dei metalli di transizione supera il 90%, mentre nei processi termici si ferma a circa 86%.
Inoltre, il recupero di grafite di qualità elevata aumenta il valore complessivo dei materiali ottenuti, migliorando la sostenibilità economica del processo.
Le prospettive industriali
Il nuovo metodo per il riciclo delle batterie è stato progettato per essere integrato nei processi industriali esistenti. L’analisi tecnico-economica indica vantaggi in termini di costi, consumi energetici e valore dei materiali recuperati.
Per la scalabilità, sono previste due strategie principali. La prima riguarda lo sviluppo di reattori al plasma in grado di operare su volumi maggiori. La seconda punta alla parallelizzazione, con più sistemi operativi contemporaneamente.
La tecnologia è già stata brevettata e si avvia verso la fase di industrializzazione.
Riciclo batterie, strategico per le materie prime critiche
Il riciclo delle batterie è centrale per garantire l’approvvigionamento di materie prime critiche. Litio, cobalto e nichel sono risorse limitate e concentrate in poche aree del mondo.
Allo stesso tempo, meno del 10% delle batterie esauste viene oggi riciclato, con una grande quantità di materiali che finisce in discarica.
Questo comporta rischi ambientali e perdita di risorse strategiche. Tecnologie in grado di recuperare quasi tutti i materiali rappresentano quindi un passaggio chiave per la transizione energetica.
Il nuovo metodo dimostra che è possibile aumentare l’efficienza del recupero riducendo allo stesso tempo l’impatto ambientale e i costi operativi.
