Uno studio su Science Advances dimostra che l’acido tartarico modifica la deposizione elettrochimica, migliorando la separazione di nichel e cobalto nel riciclo delle batterie.
Riciclare cobalto e nichel nelle batterie con un acido dell’uva
Il riciclo dei metalli nelle batterie potrebbe presto diventare più efficiente e sostenibile grazie a un composto naturale presente nell’uva. Uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Science Advances dimostra infatti che l’acido tartarico, un bioacido diffuso in natura, può facilitare la separazione di cobalto e nichel durante il recupero dei materiali dalle batterie agli ioni di litio. Il metodo consente di estrarre fino al 99,1% del cobalto nei test iniziali e di recuperare oltre il 95% dei metalli in sistemi continui. Se confermata su scala industriale, la tecnologia potrebbe ridurre costi e impatti ambientali delle operazioni di riciclo, rafforzando al tempo stesso la sicurezza delle forniture di materie prime critiche per la transizione energetica.
Quanto sono importanti cobalto e nichel nelle batterie moderne?
Cobalto e nichel sono componenti essenziali delle batterie agli ioni di litio e di numerose tecnologie industriali. Questi metalli vengono utilizzati in batterie per smartphone, veicoli elettrici e sistemi di accumulo, ma anche in superleghe e catalizzatori impiegati nell’industria aerospaziale e chimica.
La domanda globale di questi materiali è in rapida crescita. L’espansione della mobilità elettrica e delle energie rinnovabili richiede quantità sempre maggiori di metalli critici per produrre batterie più performanti e durature. Tuttavia, la disponibilità delle risorse non è illimitata e la produzione primaria è concentrata in pochi Paesi.
In questo contesto, il riciclo dei metalli delle batterie rappresenta una delle strategie principali per garantire approvvigionamenti stabili e ridurre la dipendenza dalle miniere. Recuperare i materiali dalle batterie a fine vita permette infatti di reinserirli nella filiera produttiva, contribuendo allo sviluppo di un’economia circolare delle tecnologie energetiche.
Perché separare alcuni metalli è così difficile nel riciclo?
Nonostante l’importanza del riciclo, la separazione di nichel e cobalto è uno dei passaggi più complessi nei processi industriali. I due elementi hanno proprietà chimiche molto simili e reagiscono quasi allo stesso modo durante i trattamenti elettrochimici.
Questa somiglianza rende difficile recuperarli in forma pura senza utilizzare processi lunghi, costosi e spesso basati su sostanze chimiche aggressive. Le tecnologie di riciclo attualmente diffuse prevedono diverse fasi di trattamento e separazione che aumentano i costi operativi e l’impatto ambientale.
Il problema diventa ancora più rilevante considerando la crescita dei flussi di batterie esauste provenienti dal settore automobilistico e dall’elettronica di consumo. Migliorare l’efficienza delle tecniche di separazione è quindi un passaggio cruciale per rendere realmente sostenibile il riciclo dei metalli delle batterie.
In che modo l’acido tartarico dell’uva migliora la separazione dei metalli?
La ricerca è stata condotta da un team guidato da scienziati della Johns Hopkins University, che ha studiato l’utilizzo di bioacidi per facilitare la separazione elettrochimica dei metalli. Gli autori hanno testato 13 diversi acidi organici di origine biologica per individuare quello più efficace nel distinguere nichel e cobalto.
Tra tutte le molecole analizzate, l’acido tartarico – un composto naturalmente presente nell’uva – si è dimostrato il più efficiente. Questo bioacido interagisce con gli ioni metallici in modo selettivo: si lega più facilmente al nichel, mantenendolo in soluzione, mentre il cobalto può essere recuperato per primo durante il processo elettrochimico.
Per verificare il comportamento delle molecole, i ricercatori hanno utilizzato anche simulazioni computazionali che hanno confermato la maggiore affinità dell’acido tartarico per il nichel a livello atomico.
Questo meccanismo consente di migliorare la selettività della separazione senza ricorrere a reagenti più aggressivi.
Come funziona il processo di elettroestrazione dei metalli nelle batterie?
Il metodo sviluppato dai ricercatori si basa sulla elettroestrazione, o electrowinning, una tecnica che utilizza corrente elettrica per depositare metalli disciolti in soluzione su una superficie solida.
Il principio è simile alla placcatura dei metalli preziosi utilizzata nella gioielleria. Una soluzione contenente gli ioni metallici viene attraversata da una corrente elettrica che provoca il deposito del metallo su un elettrodo.
Nel caso delle batterie agli ioni di litio, il processo parte dal trattamento chimico dei materiali catodici. Dopo la dissoluzione dei metalli in soluzione, la fase di elettroestrazione permette di recuperarli in forma separata.
L’introduzione dell’acido tartarico modifica l’ambiente chimico della soluzione e consente di controllare meglio l’ordine di deposizione dei metalli. In questo modo il sistema riesce a isolare prima il cobalto e successivamente il nichel, migliorando l’efficienza del riciclo dei metalli nelle batterie.
Quali risultati hanno ottenuto gli esperimenti?
I risultati sperimentali mostrano prestazioni molto elevate. Nei test iniziali effettuati in batch, il processo ha consentito di recuperare il 99,1% del cobalto presente nella soluzione derivata dal materiale catodico delle batterie.
Successivamente i ricercatori hanno testato il sistema in una configurazione a flusso continuo, più vicina alle applicazioni industriali. In questo caso il metodo ha raggiunto un recupero di 95,1% per il cobalto e 96,5% per il nichel.
Questi valori indicano che la tecnologia potrebbe essere applicata su scala più ampia mantenendo un’elevata efficienza di separazione. Secondo gli autori dello studio, l’approccio rappresenta una strategia universale per separare metalli di transizione critici e migliorare le operazioni di recupero delle risorse.
Quali benefici può portare a industria e filiere delle batterie?
Un sistema più efficiente di separazione dei metalli può avere effetti rilevanti su tutta la filiera delle batterie.
Per le aziende del settore del riciclo, tecnologie come questa potrebbero ridurre il numero di passaggi necessari nei processi industriali e diminuire l’uso di sostanze chimiche aggressive. Ciò significa minori costi operativi e un minore impatto ambientale.
Per i produttori di batterie, invece, una maggiore disponibilità di metalli recuperati potrebbe stabilizzare i prezzi delle materie prime e rendere più resiliente la catena di approvvigionamento.
Dal punto di vista dei consumatori, sistemi di recupero più efficienti contribuiscono a ridurre il costo complessivo delle tecnologie basate sulle batterie, dalle auto elettriche ai sistemi di accumulo domestico.
I prossimi passi della ricerca sul riciclo dei metalli nelle batterie
Il team di ricerca sta ora lavorando per testare la tecnologia su rifiuti reali di batterie, verificando il comportamento del processo in condizioni più vicine alla produzione industriale.
Gli scienziati ritengono inoltre che lo stesso approccio potrebbe essere adattato alla separazione di altri metalli critici utilizzati nelle tecnologie energetiche.
Se questi risultati verranno confermati su scala industriale, l’utilizzo di bioacidi come l’acido tartarico potrebbe rappresentare una soluzione concreta per migliorare il riciclo dei metalli nelle batterie, ridurre l’impatto ambientale dei processi di recupero e rafforzare l’economia circolare delle materie prime critiche.
