Riciclaggio delle batterie per auto elettriche: una panoramica

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Nel 2020 c'erano circa 11 milioni di veicoli elettrici sulle strade del mondo, ma entro la fine del decennio quel numero potrebbe essere di 145 milioni. Entro il 2040 potrebbero essere 530 milioni. Quando quei veicoli raggiungeranno la fine del loro ciclo di vita, ci saranno circa 200.000 tonnellate di batterie agli ioni di litio che dovranno essere smaltite, riciclate o riutilizzate. Come ciò avverrà in modo economico e sostenibile è ancora da determinare.

L'industria del riciclaggio delle batterie dei veicoli elettrici è ancora agli inizi, poiché la maggior parte dei veicoli elettrici è in circolazione da meno di cinque anni e le loro batterie possono durare da due a tre volte di più. Molto resta ancora da fare in termini di ricerca, standardizzazione e sviluppo. Senza un robusto riciclaggio, il mondo deve affrontare un problema altamente tossico. Con esso, i benefici ambientali dei veicoli elettrici aumentano ancora di più.

La necessità del riciclaggio delle batterie dei veicoli elettrici

Le batterie agli ioni di litio sono il componente chiave di un veicolo elettrico, il suo componente più costoso e quello che richiede una catena di approvvigionamento di materie prime che può avere costi per i diritti umani e ambientali. Sebbene i veicoli elettrici non emettano gas serra durante il funzionamento, il processo di produzione può contribuire fino a un quarto delle emissioni totali del riscaldamento globale nel ciclo di vita del veicolo. La maggior parte delle emissioni proviene dalla produzione di elettricità da immagazzinare nella batteria e il livello specifico di emissioni dalla produzione delle batterie è ancora incerto.

Tenere le batterie agli ioni di litio fuori dalle discariche è essenziale a causa della loro tossicità e infiammabilità. Il riciclaggio e il riutilizzo delle batterie dei veicoli elettrici può svolgere un ruolo importante nel ridurre la necessità di litio, cobalto e nichel, e quindi ridurre i costi umani e ambientali della produzione e dello smaltimento delle batterie.

Sfide al riciclaggio

Uno degli ostacoli al riciclaggio delle batterie dei veicoli elettrici su larga scala sono le numerose caratteristiche chimiche delle batterie, che variano da modello a modello. Sebbene le batterie agli ioni di litio siano in uso commerciale dal 1991, la tecnologia sta ancora cambiando rapidamente, con la ricerca in corso su nuove sostanze chimiche e tecnologie che potrebbero essere più ad alta densità energetica, economiche, sicure, favorevoli ai diritti umani e sostenibili dal punto di vista ambientale . La tecnologia agli ioni di litio è matura, ma come saranno le batterie dei veicoli elettrici nel 2030 è una questione aperta.

Un'altra sfida sono i numerosi fattori di forma in cui entrano le batterie. A differenza delle normali celle alcaline o al nichel-cadmio utilizzate in casa o delle batterie al piombo utilizzate nei veicoli a benzina, le batterie EV non hanno dimensioni e forme uniformi. Piuttosto, le singole celle della batteria sono disposte in moduli che sono a loro volta organizzati in un pacco, con tutte le parti collegate da circuiti sofisticati e per motivi di sicurezza sigillati ermeticamente con colle quasi indistruttibili. L'aggregazione delle celle della batteria in questo modo è necessaria per la potenza e le densità di energia richieste dai veicoli elettrici.

Con così tanti fattori di forma diversi, smontare e riciclare ognuno può richiedere ore, aumentando il costo dei materiali al punto che attualmente è più economico per i produttori acquistare nuovi materiali rispetto a quelli riciclati. Il problema è sia di processo che di scala.

Riutilizza prima di riciclare

Le batterie perdono annualmente circa il 2,3% della loro capacità energetica, il che significa che una nuova batteria da 64 kWh potrebbe avere 48,4 kWh (76%) della sua capacità di accumulo originale dopo 12 anni. Le auto restano in circolazione negli Stati Uniti per una media di 11,6 anni, quindi una batteria con 48kWh di capacità è ancora un prodotto utile con una seconda vita, anche se il resto dell'auto viene rottamato.

L'accumulo di energia, di per sé un settore in forte espansione, può riutilizzare queste batterie dopo che il veicolo elettrico stesso ha raggiunto la fine della sua vita. Possono essere utilizzati come dispositivi di accumulo di energia nelle abitazioni, nelle microreti per fornire energia a comunità e scuole, come accumulo su scala industriale per fornire affidabilità e resilienza alla rete elettrica o persino per alimentare i robot. Il riutilizzo può raddoppiare la durata utile delle batterie, a quel punto possono essere riciclate.

Il processo di riciclaggio delle batterie dei veicoli elettrici

Attualmente, date le sfide, il riciclaggio viene eseguito un pacco batteria alla volta. Le confezioni devono prima avere le loro colle spezzate per accedere alle singole celle. Quindi le cellule possono essere bruciate o disciolte in una pozza di acido, producendo un grumo di materiali carbonizzati o un impasto liquido di materiali potenzialmente tossici. La combustione richiede enormi quantità di energia mentre l'utilizzo di solventi comporta rischi per la salute. Altri metodi meno dannosi o ad alta intensità energetica, come l'utilizzo dell'acqua, sono ancora in fase di ricerca e sviluppo. Attualmente, il semplice smontaggio manuale produce un tasso di recupero dei materiali più elevato (80%) rispetto al fuoco o ai solventi.

I riciclatori cercano principalmente di estrarre il cobalto e il nichel più commerciabili nelle batterie, poiché il litio e la grafite sono troppo facilmente disponibili a prezzi inferiori perché valga la pena recuperarli. Con l'emergere di nuove sostanze chimiche, in particolare quelle che cercano di ridurre l'uso del cobalto, una delle principali fonti di reddito dei riciclatori potrebbe andare persa. Un'altra fonte di guadagno nel processo di riciclaggio può essere il riciclaggio dell'anodo e del catodo di una batteria intatti, piuttosto che scomponerli nei materiali che li compongono.

Politiche per il riciclaggio delle batterie dei veicoli elettrici

I veicoli elettrici rappresentano ancora solo l'1% circa dei veicoli sulle strade del mondo. Le politiche del governo possono aiutare a plasmare questa industria nascente creando un circuito chiuso tra produzione e riciclaggio. Esiste già un'ampia legislazione che copre la produzione, l'uso e il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio, principalmente a causa di problemi di sicurezza. Questi possono essere ampliati nelle seguenti aree per rendere le batterie dei veicoli elettrici parte di un'economia circolare.

etichettatura

Come per altri prodotti, l'etichettatura è fondamentale per un riciclaggio efficiente. La maggior parte delle batterie per veicoli elettrici non contiene informazioni sulla chimica dell'anodo, del catodo o dell'elettrolita, il che significa che i riciclatori sono lasciati all'oscuro del loro contenuto e devono smontare le batterie singolarmente. Come il codice ID della resina (il numero all'interno del triangolo) sulla plastica, le etichette del contenuto sulle batterie consentiranno di selezionarle e lavorarle meccanicamente, riducendo i costi e migliorando i tassi di riciclaggio. La Society of Automotive Engineers, con sede negli Stati Uniti, che ha stabilito gli standard per l'infrastruttura di ricarica delle batterie, ha raccomandato l'etichettatura delle batterie stesse.

Standard di progettazione

Per molti prodotti, le considerazioni sulla fine del ciclo di vita ricadono sul consumatore, non sul produttore. Incorporare gli standard di progettazione nel processo di produzione può essere difficile in un settore nascente e dirompente come quello dei veicoli elettrici, ma è stata una parte di successo degli sforzi di riciclaggio in mercati maturi come alluminio, vetro, catalizzatori per auto e batterie al piombo. Gli standard di progettazione alla fine emergeranno dalla regolamentazione del governo o dall'interno dell'industria stessa.

Collocazione

Essendo la parte più pesante di un veicolo elettrico, le batterie sono costose da spedire, quindi produrle vicino ai centri di produzione automobilistica e, in definitiva, ai clienti è un'altra considerazione. Co-locare le industrie di riciclaggio delle batterie con la produzione di veicoli elettrici può ridurre notevolmente il costo dei veicoli elettrici e ridurre le emissioni di gas serra del loro ciclo di vita. Qui, il sostegno del governo piuttosto che i regolamenti possono incentivare la co-locazione.

J.B. Straubel, un co-fondatore di Tesla e uno dei principali contributori allo sviluppo delle sue batterie, ha fondato Redwood Materials per riciclare i materiali delle batterie dei veicoli elettrici e reimmetterli nella catena di fornitura delle batterie di Tesla. Essendo con sede negli Stati Uniti, Redwood Materials accorcia le altrimenti lunghe catene di approvvigionamento di Tesla.

Chiusura del ciclo

Il riciclaggio delle batterie al piombo dovrebbe fornire ai produttori di batterie per veicoli elettrici, ai riciclatori e ai responsabili delle politiche un modello da emulare. Oltre il 98% dei materiali in massa nelle batterie al piombo sono attualmente riciclati, in gran parte perché costituiti da una miscela standard di materiali racchiusi in un unico involucro. Con miglioramenti nelle tecnologie e un migliore coordinamento dell'intero ciclo di vita delle batterie agli ioni di litio, l'Unione degli scienziati interessati prevede che gli Stati Uniti possono ridurre la loro dipendenza dalla domanda di risorse estratte da fonti estere dal 30% al 40% entro il 2030. il ciclo tra la produzione e il riciclaggio delle batterie per veicoli elettrici renderà i veicoli elettrici un'alternativa ancora più sostenibile alle auto a benzina.

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