IDTechEx analizza le principali tecnologie utilizzate dai produttori per il riciclo delle batterie agli ioni di litio

EV (electric vehicle) Li-Ion battery concept. distant view. 3d rendering
IDTechEx analizza le principali tecnologie utilizzate dai produttori per il riciclo delle batterie agli ioni di litio
 
Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate in vari mercati, come quello dell'elettronica di consumo, dei veicoli elettrici (EV) e dell'accumulo stazionario di energia. Tuttavia, con l'aumento della domanda di batterie agli ioni di litio, sta diventando sempre più importante la necessità di gestirne la sostenibilità durante l'intero ciclo di vita, anche alla fine del ciclo di vita (EOL). Alla fine del ciclo di vita, le batterie agli ioni di litio possono essere riciclate per ottenere nuovamente i metalli preziosi contenuti, come il nichel, il cobalto e il litio. A seconda della tecnica di riciclaggio impiegata, i prodotti di questi processi possono necessitare di un'ulteriore raffinazione o lavorazione per poter essere reintrodotti nella produzione di nuove batterie. Nell'ultimo rapporto "Mercato del riciclaggio delle batterie agli ioni di litio 2023-2043", IDTechEx discute e analizza le tre principali tecnologie di riciclaggio utilizzate dagli operatori commerciali, tra cui il riciclaggio meccanico, idrometallurgico e pirometallurgico.
 
Riciclaggio meccanico
 
La lavorazione meccanica è la tecnica più semplice, impiegata da molti operatori a livello globale, ed è in genere la fase iniziale del riciclaggio delle batterie agli ioni di litio. Spesso inizia con una fase di smontaggio, che viene eseguita manualmente a causa delle differenze di progettazione dei pacchi batteria EV e richiede una manodopera qualificata. Le fasi successive includono la triturazione, la macinazione e la frantumazione. Questa operazione riduce i materiali di alto valore, li separa dalle lamine e dall'involucro e viene eseguita in un'atmosfera inerte. Spesso si ricorre alla setacciatura per separare i frammenti più grandi di collettori di corrente, involucri e separatori dai materiali degli elettrodi, che sono costituiti da polveri molto fini. In questo modo si ottiene una massa nera, che deve essere ulteriormente raffinata tramite processi idrometallurgici o pirometallurgici per produrre sali metallici per batterie. La maggior parte degli operatori in Europa e Nord America dispone attualmente solo di capacità di riciclaggio meccanico. Pertanto, la maggior parte di questi riciclatori non è attualmente in grado di produrre materiali per batterie pronti per essere introdotti nella produzione di nuove batterie. Questa massa nera viene in genere trasportata verso riciclatori della regione Asia-Pacifico che dispongono di tali capacità.
 
Riciclaggio pirometallurgico
 
La pirometallurgia si riferisce all'uso del calore per estrarre i materiali delle batterie, tipicamente eseguito ad alta produttività in un forno elettrico ad arco o ad albero. Tra i vantaggi di questo processo vi sono gli scarsi requisiti di pretrattamento e il fatto che è agnostico rispetto alla chimica delle batterie e può quindi ricevere come materia prima vari flussi di rifiuti contenenti metalli, come le batterie NiMH, Ni-Cd e Li-ion. Tuttavia, il processo ha requisiti di capitale elevati ed è anche ad alta intensità energetica e richiede la pulizia dei gas di scarico. La pirometallurgia produce una lega metallica mista e un flusso di scorie contenenti litio, manganese e alluminio. Pertanto, per ottenere nuovamente tutti i metalli preziosi a livello di batteria, sarebbe necessario un ulteriore trattamento idrometallurgico.
 
Un esempio del processo di riciclaggio pirometallurgico delle batterie esauste. Fonte: IDTechEx
 
Riciclaggio idrometallurgico
 
Le tecniche idrometallurgiche possono essere utilizzate per riciclare direttamente la massa nera o per raffinare le leghe prodotte dalla pirometallurgia per formare sali metallici per batterie. Questi sali possono essere reintrodotti nella produzione di nuovi precursori catodici e hanno quindi un valore superiore rispetto alla massa nera prodotta dal riciclo meccanico. Nel riciclo idrometallurgico, si possono utilizzare fasi di lisciviazione, estrazione con solvente o precipitazione per estrarre selettivamente metalli come il nichel e il cobalto dalla massa nera prodotta dal riciclo meccanico sotto forma di sali per batterie. I vantaggi principali del riciclaggio idrometallurgico sono la possibilità di recuperare una quantità maggiore di metalli preziosi e la minore intensità energetica rispetto al riciclaggio pirometallurgico. Tuttavia, i costi dei reagenti e gli elevati volumi di consumo di acqua rappresentano alcuni aspetti negativi. Tuttavia, nel corso delle interviste con IDTechEx, alcuni riciclatori hanno dichiarato di essere in grado di far passare l'acqua più volte attraverso il processo di riciclaggio per massimizzarne l'efficienza.
 
Attualmente, la maggior parte della capacità di riciclaggio idrometallurgico risiede nella regione Asia-Pacifico, con operatori chiave come SungEel HiTech, Exigo Recycling e ACE Green Recycling. Tuttavia, gli operatori in Europa e negli Stati Uniti riconoscono i vantaggi del trattamento idrometallurgico e stanno espandendo le loro capacità idrometallurgiche. Fortum ha recentemente avviato le operazioni commerciali del suo impianto idrometallurgico di Harjavalta, in Finlandia. Si tratta del primo impianto su scala commerciale in Europa per il riciclaggio idrometallurgico. Anche negli Stati Uniti, Li-Cycle sta progettando di creare un proprio impianto idrometallurgico su scala commerciale.
 
Altre tecniche
 
Sebbene questi siano in genere i tre processi più sviluppati dagli operatori del settore del riciclaggio delle batterie agli ioni di litio, si stanno esplorando altre strade. Il riciclaggio diretto è una tecnica che prevede fasi di pre-elaborazione meccanica e di separazione dei componenti, seguite dalla riattivazione del materiale della batteria per recuperare la capacità persa durante il ciclo, ma senza rompere la struttura cristallina del materiale del catodo. Tuttavia, si tratta di una tecnologia pre-commercializzata che viene studiata da enti di ricerca su scala di laboratorio.
 
Osservazioni conclusive
 
I produttori di batterie sono propensi ad approvvigionarsi di materiali prodotti dal riciclo per mitigare la fluttuazione dei prezzi dei metalli e per addomesticare l'approvvigionamento dei materiali. Poiché il volume delle batterie agli ioni di litio a fine vita continua a crescere, i riciclatori continueranno a incrementare le loro capacità di riciclaggio attraverso la costruzione di nuovi impianti per soddisfare la domanda di riciclaggio. Riciclando le batterie agli ioni di litio attraverso il processo idrometallurgico, i riciclatori possono produrre sali metallici di qualità per batterie, che possono essere utilizzati nella produzione di nuove batterie. La crescita delle capacità di riciclaggio idrometallurgico e meccanico si registrerà in Nord America, Europa e Asia-Pacifico. Le aziende di riciclaggio in Europa e in Nord America inizieranno a creare impianti di riciclaggio idrometallurgico su scala commerciale per produrre sali metallici di maggior valore per le batterie, anziché la massa nera che hanno generalmente e storicamente prodotto. Ciò offrirà ai produttori di batterie di queste regioni l'opportunità di iniziare ad approvvigionarsi di materiali per la produzione di nuove batterie, riducendo i rischi legati all'approvvigionamento di materie prime e alla fluttuazione dei costi.
 
Per ulteriori informazioni su tecnologie, operatori chiave, politiche, economia e previsioni granulari sul mercato del riciclaggio a 20 anni, consultare l'ultimo rapporto di IDTechEx, "Mercato del riciclaggio delle batterie agli ioni di litio 2023-2043".