Fervono i lavori in corso alla ricerca di uno stoccaggio energetico in grado di fornire una sempre migliore energia, con il migliore, o meglio, minore impatto ambientale a partire da elementi abbondantemente disponibili in natura. L’orizzonte è, ovviamente, legato al boom delle quattro ruote elettriche, ma non solo visto che “le batterie of things”, a oggi per lo più a base di litio, sono il cuore di molti strumenti utilizzati quotidianamente. E più batterie avremo in giro, più delicato sarà il loro smaltimento.

Ripensare al meglio la filiera del recupero quindi è fondamentale. Perché, come fa osservare Nausicaa Orlandi, presidente del Consiglio nazionale dei chimici, “a oggi non esistono impianti di riciclaggio specifici per le batterie agli ioni di litio, oppure prevedono ancora metodologie molto complicate che potrebbero creare problemi di impatto ambientale a lungo termine. E il riciclo delle batterie al litio è un problema sia di messa in sicurezza delle batterie stesse, sia di capacità e quindi costi per il recupero di elementi quali alluminio e rame e di quei metalli che servono per immagazzinare l’energia, come cobalto, nichel, manganese e litio. In particolare si punta sul riciclo del cobalto, raro e costoso metallo e fondamentale per la possibilità di produzione di batterie nel futuro”.

Ne sa qualcosa Cobat (lo storico Consorzio Nazionale Raccolta e Riciclo attivo in Italia) che a questo proposito sta studiando assieme ad alcuni player del settore un modello di riuso delle batterie al litio che almeno sulla carta sembra efficace: si punta quindi al riutilizzo degli accumulatori (di qualsiasi chimica a eccezione di quella al piombo) dismessi dal settore sia automotive elettrico e/o ibrido, ma anche quelli provenienti da altri settori.

La strada è quella del riuso in applicazioni quali per esempio quelle della rete di distribuzione elettrica – sottolinea Giancarlo Morandi, presidente di Cobat – ma si dovranno valutare tutti i possibili ambiti di riutilizzo degli accumulatori rigenerati, individuando le tipologie standard dei moduli di accumulo energetico impiegabili sulla rete, anche per altri potenziali portatori di interesse. Il secondo ciclo di vita determinerà molto probabilmente una riduzione considerevole dei loro costi di trattamento e recupero finali. Attualmente, infatti, come ricorda Morandi “i costi di gestione del fine vita degli accumulatori dismessi dai veicoli elettrici e/o ibridi – che i produttori e gli importatori di veicoli debbono sostenere per legge (D.lgs. 188/2008) mediante l’adesione a un sistema di raccolta e trattamento – sono ancora piuttosto onerosi”.

I laboratori di ricerca non stanno a guardare e cercano nuove tecnologie: recenti studi condotti anche da ricercatori del Cnr hanno dimostrato che le batterie al litio che sono sul mercato, o comunque in fase avanzata di industrializzazione, se opportunamente integrate e gestite, possono competere con il motore a combustione interna in ambito automobilistico o essere accoppiate alle sorgenti intermittenti di energia elettrica come sistemi di accumulo a costo contenuto. “Tutte le più recenti valutazioni tecno-economiche – spiega Monica Fabrizio, ricercatrice del Cnr Icmate – indicano che l’idrogeno e l’elettricità saranno i motori dello sviluppo di tecnologie di trasporto a zero emissioni di carbonio. Queste batterie sono ormai in grado di sostenere oltre 30.000 cicli di carica/scarica a velocità accettabile, equivalenti a un ciclo di vita di 10 anni”.

Alla base la consapevolezza che l’implementazione di tecnologie per l’energia pulita richiede grandi quantità di metalli che sono definiti critici per scarsità, pericolosità o questioni geopolitiche e fra questi sono presenti anche il litio e il cobalto. “A livello di materiali – continua la ricercatrice del Cnr – il costo e la sostenibilità ambientale delle batterie al litio dipendono principalmente dalla scarsità, dal processo di sintesi e dal riciclo: la ricerca intensiva condotta in questi anni ha permesso di ottenere batterie “all-solid-state” che, a parità di prestazioni, permettono di evitare l’uso di derivati del cobalto, migliorandone la sostenibilità e facilitandone lo smaltimento”.

Vero è che “nichel e cobalto – fa notare Gianluca Longoni, Post Doc Fellow dell’Istituto Italiano di Tecnologia – sono solventi e sali che per loro caratteristiche chimico-fisiche, rendono i processi di recupero ingegneristicamente complessi. Per questa ragione i dipartimenti di Nanochimiche e i Graphene Labs di Iit stanno indirizzando i loro sforzi verso il perfezionamento di materiali commerciali già esistenti come batterie Sodio-ione e Magnesio-ione, basate su sodio o magnesio, più abbondanti in natura così come verso la messa a punto di materiali e compositi innovativi capaci di estendere performance e sostenibilità di accumulatori Litio-ione”. E pure grafene. Le proprietà meccaniche, elettroniche e ottiche di tale materiale si sono rivelate rivoluzionarie, e sono attualmente oggetto di ricerca in numerosi ambiti. “Presso i Graphene Labs di Iit – spiega Longoni – stiamo cercando di valutare se tali proprietà possono rivelarsi utili nell’estendere le performance dei materiali delle batterie di nuova generazione”. Che forse non sostituirà completamente i materiali già esistenti “ma, grazie alla presenza di piccole quantità di grafene opportunamente ingegnerizzato, metterli in condizioni di lavorare meglio, in modo più efficiente e più a lungo”.

Recupero e rigenerazione della batteria da una parte o smaltimento al naturale? Una nuova frontiera è legata alla bio-idrometallurgia. Anche questa è una strada possibile per rendere le batterie di domani meno impattanti “In questi processi – racconta Monica Fabrizio – i microrganismi (batteri e funghi) agiscono come reattori per reazioni fisiologicamente importanti che permettono loro di crescere e riprodursi. La formazione di prodotti metabolici quali gli acidi organici e inorganici facilitano l’attività microbica di lisciviazione dei metalli dai rifiuti e minerali”. L’Acidithiobacillus ferrooxidans è in questo caso il microrganismo amico dell’ambiente. Ovvero quello che si nutrirà delle nostre batterie fuori uso.