Batterie e fine vita

Nonostante i numeri delle vendite riconducibili ai veicoli elettrici siano in costante crescita, le aliquote di riciclo e riuso dei loro componenti sono ad oggi ancora basse.

Per il futuro sarà fondamentale individuare delle procedure in grado di soddisfare i processi di riuso e riciclo delle batterie e delle altri componenti dei veicoli elettrici (Battery Electric Vehicle – BEV ) con l’intento di ridurre le emissioni lungo il ciclo di vita del mezzo e promuovere l’economia circolare.

Attualmente la direttiva sul fine vita dei BEV (2000/53/CE) estende ai costruttori la responsabilità dei veicoli e dei loro componenti prodotti attribuendo loro l’onere della ripresa in carico per avviarli a percorsi di riuso e riciclo oppure di ricostruzione/rifabbricazione.

Dal 2015 è previsto che il 95% del peso di un veicolo (elettrico e non) sia riutilizzato e recuperato oppure riciclato al 85%. Il Riuso prevede qualsiasi operazione nella quale i componenti a fine vita del veicolo sono stati usati per il medesimo scopo cui erano stati originariamente realizzati. Il Recupero prevede la bonifica dei metalli e dei composti metallici, dei materiali inorganici e dei componenti usati per abbattere l’inquinamento. Il Riciclo è la lavorazione dei materiali di scarto per ricondurli alla loro funzione originale e da avviare a funzioni o scopi diversi.

Nella fase di smantellamento di un BEV le componenti che contengono materiale pericoloso come le batterie ed i gas refrigeranti sono raccolti come materiali riciclabili ed utili per un secondo uso, compresi i motori, i pneumatici ed i paraurti. Le scocche così smantellate sono avviate ad impianti di triturazione. Il materiale cosi ottenuto viene successivamente separato tra ferroso e non ferroso.

La direttiva sulle batterie (2006/66/EC), intende rendere minimo l’impatto delle batterie/accumulatori sull’ambiente individuando precisi criteri e modalità con cui devono essere riciclate, attribuendo le responsabilità per la raccolta ed il riciclo delle stesse ai soggetti che le hanno messe in commercio. La Direttiva non stabilisce un target di raccolta ma introduce un obbligo generale per avviare a processi di riciclo tutte le batterie raccolte.

Attualmente il vantaggio economico derivante dal riciclo delle batterie agli ioni di litio (ad oggi le più utilizzate per la trazione) è concentrato sul metallo presente al loro interno il cui valore è guidato dal prezzo del Cobalto e del Nickel. Altri metalli, invece, come il rame ed il ferro, sono, già da tempo, recuperati per i processi di produzione industriale della stessa tipologia di batterie.

Recenti studi e ricerche hanno messo in evidenza che per il futuro sarà di particolare importanza individuare adeguati modi di rimozione delle terre rare (Rare Earth Element - REE) presenti nelle batterie. Attualmente il processo di riciclo delle batterie è composto da una combinazione di differenti processi/lavorazioni come la separazione meccanica, trattamento pirometallurgico ed idrometallurgico (entrambi i sistemi servono per estrarre i metalli dai rispettivi minerali), tuttavia, considerate le future necessità di riciclo dei componenti delle batterie, stanno nascendo in tutta Europa centri di ricerca attualmente impegnati a determinare procedure di riciclo efficienti. Considerato che la crescente domanda di BEV implica anche un aumento del fabbisogno di materie prime come REE, occorrerà in futuro determinare anche per queste degli adeguati processi di riciclo. Quanto sopra per evitare l’estrazione di materie vergini come il litio, le cui riserve, secondo le previsioni, sembrano esaurirsi velocemente.

Il riuso, la rigenerazione ed il riciclo sono le componenti chiave relative all’economia circolare e giocano un ruolo importante nella riduzione dell’impatto ambientale relativo alla fase del fine vita (end of life stage). Riusare le batterie dei veicoli elettrici allungandone la vita sposta in avanti e ritarda la necessità di avviare processi di smaltimento e riciclo a fine vita e comunque dovranno essere ad ogni modo previste discariche dedicate per i materiali per cui non è possibile avviare procedure di riciclo.

In generale le batterie esauste/degradate dei BEV offrono una significativa opportunità all’economia circolare grazie al loro secondo uso, in particolare nei sistemi di accumulo di energia.

Più in generale recenti studi hanno messo in luce che è possibile una riduzione delle emissioni di gas serra attraverso il riuso delle batterie dei BEV e che questa tendenza andrà ad aumentare con il crescere della diffusione dei BEV in particolare se ad un aumento del riuso delle energie rinnovabili corrisponderà una consistente diminuzione delle energie fossili. La rigenerazione delle batterie avviene mediante un ritorno allo stato attivo del catodo e dell’anodo pronti per un successivo utilizzo delle batterie a celle agli ioni di litio rappresentando una soluzione efficiente e pratica in grado di migliorare l’uso dei rifiuti derivanti dai BEV.

I processi di riciclo delle batterie presentano ad oggi delle debolezze dovute alla mancanza di standardizzaizone delle produzioni derivanti dall’uso di diversi materiali, forma, design e posizione dei componenti.

Se un’omogenizzazione di produzione è difficile da realizzare, un insieme di parametri costruttivi standard e condivisi potrebbero facilitare e rendere meno complessi i processi di riciclo e riuso delle batterie oltre a diminuirne il tempo di realizzazione. Sarebbe dunque auspicabile che le batterie e le parti che le compongono fossero realizzate in forme (design) e con materiali che possano essere recuperati seguendo protocolli e modalità prestabilite. Questo permetterebbe di abbandonare il metodo della pirometallurgia che prevede l’incenerimento delle plastiche causando un impatto sul riscaldamento globale, produce più alte emissioni di diossina, mercurio e cloro dovuti alla combustione ed alla produzione di carbone rispetto all’idrometallurgia. Inoltre il processo di pirometria richiede la predisposizione di un efficiente sistema di filtri per prevenire rilasci dannosi in atmosfera.

Quanto sopra sottolinea l’importanza di considerare e pianificare con attenzione dove realizzare nuove infrastrutture ed impianti di riciclo che peraltro necessitano di grandi quantità di acqua.

Prendendo in esame le terre rare, i veicoli elettrici ne contengono una quantità 4 volte superiore rispetto ad un veicolo tradizionale a motore termico (Internal Combustion Engine Vehicle – ICEV). La separazione delle terre rare dai veicoli elettrici, anche se possibile, non è ancora largamente diffusa a causa dei costi industriali e dalla mancanza di procedure condivise e standardizzate da protocolli. In futuro anche l’aumento nell’utilizzo dei materiali compositi come la fibra di carbonio, allo scopo di rendere il BEV più leggero ed aumentarne l’autonomia, può presentare nuove sfide per la determinazione di efficaci processi di rigenerazione e riutilizzo.

Il riciclaggio dei magneti presenti nelle batterie, usati per produrne di nuovi riduce complessivamente l’impatto sull’ambiente tra il 64% ed il 96% . Il riciclaggio dei magneti la cui composizione prevede la presenza di REE permette di diminuire il fabbisogno di materia prima vergine da estrarre dai giacimenti.

Attualmente il riutilizzo delle batterie dei BEV è di due tipi:

- “a cascata” dove si può usufruire dei benefici derivanti dallo spostare in avanti l’attuazione delle procedure di riciclo e degli altri trattamenti di fine vita. Il beneficio maggiore del metodo a cascata prevede che l’auto elettrica si integri nella rete delle energie rinnovabili. L’uso delle batterie dei veicoli elettrici nei sistemi di conservazione di energia rinnovabile può aumentare il ciclo di vita delle batterie del 72% da cui risulta un abbattimento delle emissioni di gas serra del 42% per emissioni attribuite a veicolo;

- attraverso la “riproduzione - rigenerazione” (Battery Remanufacture) delle batterie usate dei veicoli elettrici, realizzando in tal senso un sistema a “ciclo continuo” capace di ottenere materiali che sono o rigenerati od indirizzati verso processi esistenti e collaudati di riciclo. Questa procedura ha risvolti positivi sull’ambiente, permettendo la riduzione del fabbisogno di materie prime vergini da estrarre.

La fase del fine vita ha un piccolo impatto in termini di emissioni considerate sull’intero ciclo di vita delle batterie. Tuttavia incoraggiare e stimolare pratiche sostenibili durante questa fase potrebbe apportare benefici lungo tutto il ciclo di vita della batteria e pertanto si raccomanda:

- una diminuzione delle estrazioni di materie prime vergini;
- una riduzione od uno spostamento in avanti del bisogno di smaltimento;
- spostarsi verso un’economia circolare con il riutilizzo e la rigenerazione delle batterie e dei loro componenti oltre che attuare il riciclo ed il recupero dei componenti e dei materiali.

Per rendere il processo di fine vita (end of life stage) delle batterie più efficiente e sostenibile si prevede di:

- considerare una standardizzazione su larga scala incoraggiando un’integrazione dei processi industriali di riciclo e riutilizzo attraverso protocolli condivisi;
- applicazione di test reali e non in condizioni di laboratorio, per certificare l’effettiva energia immagazzinata e dunque resa disponibile dalle batterie da avviare ad un secondo uso;
- sviluppare ulteriori sistemi di riuso o riciclo delle terre rare presenti nei magneti.

APAT 2019

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