L’anno scorso i veicoli elettrici che circolavano per le strade di tutto il mondo erano circa 11 milioni. Si stima che nel 2030 questa cifra sarà cresciuta di quasi 15 volte, arrivando a 145 milioni di veicoli elettrici. Allo stesso tempo, si prevede che tra 10 anni giungerà alla fine del proprio ciclo di vita la prima ondata di batterie che alimenta il nuovo settore dei trasporti.

Secondo l’agenzia internazionale dell’energia, per essere coerenti con le ambizioni di neutralità climatica, entro il 2030 dovrà essere elettrico il 60% di tutte auto vendute ed entro il 2035 non si dovranno più vendere auto col motore a scoppio.

All’aumentare della mobilità elettrica aumenterà la produzione di batterie che alimentano le auto elettriche. Tuttavia, quelle batterie che nel giro di qualche anno risulteranno esauste non sono state pensate all’interno di un paradigma di economia circolare: in altre parole ad oggi non sono progettate per essere riciclate.

La mobilità elettrica è un tassello fondamentale per la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra nel settore dei trasporti. “Ma quando la batteria arriva a fine vita, i suoi benefici green svaniscono” scrive in un reportage su Science Ian Morse. “Se finisce in una discarica, le sue celle rilasciano sostanze tossiche, tra cui metalli pesanti”. E ad oggi riciclare una batteria è “una faccenda pericolosa: se tagli troppo a fondo o nel posto sbagliato una batteria può andare in corto circuito, bruciare o rilasciare fumi tossici”.

Come è fatta la batteria di un veicolo elettrico

Le batterie a ioni litio, i cui inventori hanno vinto il Nobel per la chimica nel 2019, sono ad oggi per via della loro efficienza e versatilità la tipologia di gran lunga più diffusa, anche se si sta già pensando a soluzioni alternative per il futuro delle batterie.

Quella di un’auto elettrica è costruita come una matrioska: è fatta di diversi moduli, ciascuno dei quali è composto di celle più piccole, cilindriche o rettangolari a seconda dei modelli, collegate tra loro in serie o in parallelo, per raggiungere il desiderato valore di tensione (Volt) e corrente (Ampere).

Ciascuna cella è composta da due elettrodi, ovvero un anodo (polo negativo) e un catodo (polo positivo), e da un elettrolita, una sostanza in soluzione che permette il transito di ioni dall’anodo al catodo e di condurre corrente elettrica (elettroni) nel circuito esterno.

L’anodo è solitamente fatto di grafite, gli ioni di litio (carichi positivamente) corrono attraverso l’elettrolita dall’anodo al catodo, mentre gli elettroni (carichi negativamente) corrono nel circuito esterno generando corrente. I materiali che compongono il catodo sono generalmente ossidi di metallo e possono variare: si può avere una combinazione di nickel, cobalto e alluminio; fosfato ferrico; oppure nickel, manganese e cobalto.

Il litio e la grafite ad oggi sono reperibili sul mercato a prezzi bassi a sufficienza da rendere il loro riciclo poco conveniente dal punto di vista economico. In altri termini costa meno estrarli dalle miniere che riciclarli.

Le cose cambiano invece per quanto riguarda i materiali che compongono il catodo, su cui si concentrano le operazioni di riciclo. Tuttavia, questi materiali sono presenti in ciascuna batteria, e in ciascuna cella, in quantità molto piccole, tanto che tentare di recuperarli oggi è piuttosto difficile ed equivale a cercare il proverbiale “ago nel pagliaio”, scrive Ian Morse.

Come si ricicla una batteria

Esistono due principali tecniche per recuperare i materiali da una batteria esausta: una è la pirometallurgia, l’altra l’idrometallurgia. A volte sono anche usate in combinazione.

La prima, la più comune, consiste nel fare prima a pezzettini la batteria e poi bruciarla per estrarre i metalli desiderati. La seconda invece prevede l’immersione delle batterie in acidi che generano una sorta di zuppa metallica da cui si possono estrarre alcuni materiali.

Entrambi i metodi richiedono dispendio di energia e risorse, possono porre rischi alla salute, e i procedimenti emettono gas a effetto serra. Inoltre, la sostenibilità economica delle operazioni spesso dipende, scrive Morse, principalmente dalla capacità di recuperare il cobalto e di venderlo.

La strada migliore naturalmente sarebbe quella che recupera i materiali minimizzando il lavoro da compiere sulle batterie esauste. Ad oggi tuttavia una serie di ostacoli impedisce il riciclo diretto: le celle delle batterie di alcune auto elettriche, ad esempio, sono tenute insieme da una colla speciale che ne rende particolarmente difficile la separazione. Sebbene esista un solvente in grado di scioglierla, è talmente tossico che l’Unione Europea e l’Agenzia di Protezione dell’Ambiente statunitense ne hanno introdotto restrizioni all’uso.

Riciclo: una questione di sicurezza ambientale ed economica

Migliorare il riciclo delle batterie dei veicoli elettrici non è solo fondamentale per ridurre l’impatto ambientale, ma assume anche un valore strategico per l’economia globale. Le previsioni dell’agenzia internazionale dell’energia dicono che la domanda di minerali critici per la transizione energetica potrebbe crescere di 6 volte da qui al 2050 e non è detto che la loro disponibilità sia sufficiente o costante nel tempo. Ciò significa che il mercato e i prezzi di alcuni minerali potrebbero oscillare in modo preoccupante. Riciclare i minerali già presenti nelle batterie è allora anche una questione di sicurezza nazionale, perché consentirebbe di rendere gli Stati meno dipendenti dall’estrazione che spesso è controllata da pochi soggetti.

I governi hanno dunque tutto l’interesse a incentivare il riciclo. Nel 2018 la Cina ha stabilito nuove regole che impongono di produrre batterie che possano essere almeno in parte riciclabili. In particolare, riporta Morse, la Blade Battery prodotta da BYD, produttore cinese di veicoli elettrici, è una batteria al litio-ferro-fosfato le cui celle possono essere separate comodamente a mano.

Pechino ha scelto di far ricadere sui produttori la responsabilità di assicurarsi che le batterie prodotte siano riciclabili. Ad oggi la Cina ricicla più batterie agli ioni litio di quanto non faccia il resto del mondo messo insieme.

In Unione Europea è stata presentata lo scorso 10 dicembre una nuova proposta di regolamento per batterie e accumulatori che dovrebbe venire discussa entro la fine di quest’anno. Negli Stati Uniti non c’è ancora una proposta sul riciclo delle batterie, ma alcuni singoli Stati federali come la California si stanno muovendo autonomamente.

Il primo banco di prova arriverà intorno al 2030, quando molte batterie inaugurate oggi giungeranno a fine vita. Sarebbe paradossale che tentando di risolvere il problema ambientale delle emissioni del settore dei trasporti se ne generasse un altro, altrettanto grave, riempiendo le discariche con montagne di batterie inutilizzabili e che rilasciano sostanze tossiche. Sarà pertanto importante arrivare presto a degli standard produttivi condivisi che consentano un buon tasso di riciclo delle batterie, vista la crescita del mercato dei veicoli elettrici prevista per i prossimi anni.