Sistemi di accumulo: il litio e la sua doppia vita ed oltre insieme ad altri “giovani metalli”

salar_d_uyuni_9Non sono certo mancate le occasioni in questo blog di trattare a più riprese temi connessi con il sempre più importante argomento dei sistemi di accumulo sempre a cavallo tra applicazioni mobili dei trasporti che di quelle sempre più importanti relative ai sistemi di stoccaggio dell’energia (vedi post “Rinnovabili e nuovi sistemi di accumulo: connubio vincente”). Fondamentale nel raggruppamento potremo dire “storico”, della famiglia degli accumulatori elettrolitici, nel gergo comune, seppure con significati un po’ diversi, definiti “batterie”, sono sicuramente i metalli, soprattutto quelli che, forti si un minore impatto ambientale, stanno gradatamente sostituendo il piombo, metallo pesante, dall’altissimo impatto ambientale, sulla base del quale molti anni fa nacque proprio uno specifico Consorzio obbligatorio per lo smaltimento come il COBAT. Tra le applicazioni più avanzate che stanno per affacciarsi al mercato sicuramente gli accumulatori Alluminio-aria (vedi post “E-mobility: ecco le batterie alluminio-aria….”) e Zinco-aria, metalli sicuramente meno pericolosi del piombo che utilizzano come elettrolita l’ossigeno contenuto nell’aria, determinando, anche solo per questo, un salto di qualità enorme in termini di impatto ambientale. Ma oggi voglio approfondire la famiglia di accumulatori commerciali più all’avanguardia nell’affrancare guradualmente l’inquinante piombo nel settore automotive e i Nichel idruri metallici nel settore automotive ma sopratutto nella microelettronica (cellulari, computer, etc.), come quella che fa capo al litio. Un metallo alcalino, il litio (numero atomico 3 della tavola periodica), che, nella sua forma pura si presenta soffice color argento, ossidandosi rapidamente a contatto con aria o acqua e,,proprio per la sua leggerezza, ha trovato un grande impiego, negli ultimi anni, dopo essere stato usato per anni principalmente nella farmaceutica e in forma di leghe conduttrici di calore, proprio nelle batterie per minimizzarne il peso ed aumentarne la densità di potenza che ha trovato un crescente riscontro nella ibridazione dei trasporti e nella mobilità elettrica. Sono infatti oramai oltre dieci anni che il litio viene impiegato nelliion-hybrid-batteria-ioni-di-litio settore automotive e per questo ci si comincia a domandare che fine facciano le batterie agli ioni di litio arrivate alla fine del loro ciclo di vita. Importanti risposte in tal senso, arrivano dal A darci alcune delucidazioni sulla materia il Centro Interuniversitario di Ricerca Per lo Sviluppo sostenibile (CIRPS), coordinato dal Prof. Fabio Orecchini, e specificatamente dalla Sezione “Sistemi per l’Energia e la Mobilità (SEM)”. Come spiegano Orecchini e il team di ricercatori della Sezione SEM Alessandro Dell’Era e Adriano Santiangeli, il litio è un elemento largamente disponibile su scala mondiale, ma che, a causa della sua alta reattività, si presenta sempre legato ad altri elementi o composti. Le stime di riserve di litio nel mondo ammontano a circa 28 milioni di tonnellate, con un potenziale di estrazione che secondo dati recenti è individuato in circa 11 milioni di tonnellate, e circa il 50% delle riserve disponibili fortemente concentrato in Bolivia, nella regioni dei laghi salati prosciugati delle Ande, come quello di Salar de Uyuni (foto di testata). Proprio dalla metà degli anni 2000, il litio ha iniziato la sua scalata nel settore automotive affiancando e in alcuni casi sostituendo gli accumulatori al Nichel idruri metallici, tutt’ora le più utilizzate per veicoli ibridi-elettrici.

ioni_di_litio

Schematizzazione del funzionamento di una batteria Li-ion (Ioni di Litio)

L’attenzione al corretto smaltimento delle batterie la litio diviene oggi sempre più attuale dal momento che, come evidenziano i ricercatori del SEM, il metallo è tossico se ingerito o inalato e corrosivo per gli occhi, la pelle e le vie respiratorie, reagendo violentemente con l’acqua, formando idrogeno altamente infiammabile e vapori corrosivi di idrossido di litio. L’idrossido di litio costituisce un potenziale pericolo per l’ambiente in quanto corrosivo e fortemente dannosa per gli organismi acquatici anche per una sua eventuale dispersione in mare. Ma quello che è interessante evidenziare è che il riciclo delle batterie agli ioni di Litio, oltre a essere una buona pratica per il rispetto dell’ambiente è anche un’operazione economicamente molto conveniente. I ricercatori del SEM infatti sostengono che “Le batterie agli ioni di Litio possiedono un valore di mercato anche se riutilizzate. Al termine del ciclo vitale a bordo di un’auto (5-10 anni), una batteria al Litio conserva il 70-80% di capacità residua, grazie alla quale continua a immagazzinare e rilasciare energia e per questo aspirare ad avere una seconda vita in altri ambiti (civile, terziario, industriale), raddoppiando la sua durata di ulteriori 5-10 anni”.

In particolare secondo il Professor Orecchini, alla fine delle “due o tre vite” che attendono ogni batteria al litio, i produttori diventano responsabili del loro trattamento, così come stabilito nell’ottobre 2008 dalla Direttiva europea in materia al fine di conservare risorse preziose e ridurre al minimo il degrado ambientale. Al riguardo Orecchini evidenzia come “Dal settembre 2009 gli Stati membri devono assicurare che le batterie raccolte vengano trattate e riciclate utilizzando le migliori tecniche disponibili. Nel caso del litio, il valore della materia prima è molto alto, questa è un’eccellente garanzia “indiretta” di riciclo a fine vita”.
Relativamente alle possibili tecniche di recupero del litio gli esperti individuano essenzialmente due diversi processi di recupero:

  • Processo pirometallurgico: dove le batterie vengono poste in forni ad arco elettrico prevedendo processi di fusione con cui vengono recuperati i metalli pesanti in esse contenuti
  • Processo idrometallurgico: che consente di arrivare ad elevati gradi di purezza recuperando, tramite livelli di separazione per precipitazione o cementazione idrometallurgica, metalli come zinco, manganese, cobalto nichel e litio.

Aspetti e risposte davvero importanti in termini di smaltimento, per questo ostico, anche se non come il piombo, nuovo metallo protagonista del settore dell’accumulo dell’energia, con una ottima coniugazione tra tutela ambientale ed economicità, con buone possibilità di incrementarne l’efficienza con il conseguente allungamento della vita operativa di tali batterie.

Interessante, anche a supporto di quanto detto, l’opinione di uno dei massimi esperti a livello nazionale sui sistemi di accumulo come Mario Conte di ENEA.

Sauro Secci

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