Entro il 2025, si prevede che le auto elettriche e ibride rappresenteranno il 90% del mercato delle batterie agli ioni di litio. Sono molte le batterie che un giorno dovranno essere smaltite. Nella corsa al passaggio dai combustibili fossili ai veicoli elettrici, sta emergendo una nuova sfida: cosa fare con i milioni di batterie scariche? Per il produttore svedese di batterie Northvolt, una società fondata da due ex dirigenti Tesla nel 2016, l’unica risposta possibile è il riciclaggio.
Riciclaggio delle batterie elettriche: la soluzione di Northvolt
A Västerås, una piccola città della Svezia centrale, si trova un impianto sperimentale per il riciclaggio delle batterie. È qui che Northvolt sta cercando di dimostrare che le batterie per auto possono essere riciclate. Le batterie potrebbero essere molto meglio per l’ambiente rispetto ai combustibili fossili, ma hanno comunque un impatto considerevole.
Risolvendo questo problema la rivoluzione sostenibile può davvero mantenere le sue promesse.
Si stima che l’estrazione e il raffinamento delle materie prime contribuiscano al 30% delle emissioni di gas serra di una batteria. L’obiettivo di Northvolt è quello di recuperare quelle materie prime da una batteria esaurita e riutilizzarle per una nuova batteria. Un tale passo avanti, se potesse essere scalato, sarebbe di enorme importanza nell’affrontare la crisi climatica. Il progetto è operativo dall’estate scorsa e sta già producendo celle campione.
Northvolt è per certi versi la risposta dell’Europa all’impressionante potenza di Tesla. Dal 2019 sta costruendo la prima Gigafactory in Europa nella sua patria natale, la Svezia, con l’obiettivo di servire il 25% del mercato europeo delle batterie per auto entro il 2030.
Se l’impianto pilota di riciclaggio avrà successo, verrà costruito un impianto di riciclaggio in scala reale proprio accanto alla Gigafactory, che si trova alla periferia della città industriale di Skellefteå, nel nord della Svezia.
In questo momento, il riciclaggio delle batterie delle auto elettriche è un’impresa complessa e molto tecnica. Anche prima del riciclaggio della batteria stessa, Northvolt deve trovare un modo sicuro per portare il pacco batterie, con tutte le sue sostanze chimiche tossiche e infiammabili, all’impianto. Si tratta di un processo che comporta il superamento di una serie di ostacoli normativi e di sicurezza. “Ogni volta che un pacco batteria viene smontato dall’auto, deve essere maneggiato in modo sicuro”, dice Emma Nehrenheim, responsabile ambientale di Northvolt.
“E’ molto costoso farlo in modo sicuro, ed è molto impegnativo in termini di tempo”.
Una volta che la batteria è stata consegnata in sicurezza al centro di riciclaggio di Northvolt, si procede allo smontaggio e allo scarico. Il problema è che le batterie hanno la tendenza a esplodere se smontate in modo non corretto. Ci sono litio, nichel, manganese, grafite e cobalto – tutti racchiusi in acciaio, lega e plastica. Una scarica completa della batteria rimuoverà l’energia immagazzinata ed eviterà qualsiasi evento termico indesiderato che potrebbe causare l’incendio o l’esplosione della batteria.
Mentre lo smantellamento della batteria è attualmente effettuato a mano, Nehrenheim afferma che Northvolt sta progettando un sistema di smantellamento automatico. Questo non solo accelererà il processo, ma lo renderà anche più sicuro. Il grande ostacolo da superare per le macchine è la progettazione delle batterie: non ce ne sono due uguali, costringendo gli impianti di riciclaggio a realizzare piani diversi per le diverse batterie delle auto.
Dopo che la batteria è stata smontata in sicurezza e le celle e i moduli recuperati, Northvolt inizia a schiacciare le celle in un vuoto a tenuta d’aria, assicurando che non ci siano gas reattivi come l’anidride carbonica e l’ossigeno a contaminare i materiali nelle celle. L’elettrolita liquido viene evaporato e condensato, trovando impiego altrove nel processo chimico.
Il materiale frantumato viene poi classificato in base a varie proprietà. Immaginate un massiccio setaccio che raccoglie i materiali più grandi e li separa da quelli più piccoli, mentre un magnete separa i metalli magnetici e non magnetici. Tutto questo viene poi consegnato ai vicini impianti di riciclaggio. “Dipendiamo da partnership per riciclare”, dice Nehrenheim. “Il rame è qualcosa per cui non abbiamo un processo a sè stante”. L’alluminio è un altro caso in cui lavoriamo insieme ai partner”.
Non appena tutto il materiale frantumato è stato ordinato e separato in base a densità, magnetismo e dimensioni, non resta che un mucchio di polvere nera, che Nehrenheim chiama “massa nera”. La polvere è composta da nichel, manganese, cobalto, idrossido di litio e grafite – alcuni dei componenti più importanti di una batteria agli ioni di litio. Questa polvere subisce una cosa chiamata processo idrometallurgico, dove la polvere nera viene efficacemente scaricata in un bagno acido. Tutte queste materie prime saranno separate dalla polvere nera, lasciando tutti gli ingredienti necessari per realizzare una nuova batteria per auto elettriche.
Al momento il processo è relativamente lento e complesso. Ma, col tempo, Northvolt spera di accelerarlo e semplificarlo. Anna Korre, docente di ingegneria ambientale all’Imperial College di Londra, afferma che ci sono tre metodi dominanti per il riciclaggio delle celle delle batterie. L’idrometallurgia è uno di questi. Gli altri due sono il riciclaggio pirometallurgico e il riciclaggio diretto. Il riciclaggio pirometallurgico è quando le celle di una batteria vengono fuse in un forno a 3.000 gradi Celsius. È un processo violento in cui tutto il litio viene perso e non è un risultato ideale quando si cerca di riciclare le batterie agli ioni di litio.
“Il metodo idrometallurgico funziona meglio in termini di impronta ambientale – circa il 30% di miglioramento dell’impronta di carbonio quando il riciclaggio è incluso”, dice Korre. In Germania, Duesenfeld utilizza un processo idrometallurgico per riciclare le batterie. In Belgio, Umicore utilizza un processo pirometallurgico.
Dove Northvolt si differenzia, tuttavia, è nell’uso dell’energia idroelettrica per alimentare il 100% del processo di produzione, il che significa che l’azienda ha il potenziale per ridurre ulteriormente le emissioni di gas serra. “Abbiamo iniziato a cercare un luogo dove potessimo avere la più alta percentuale possibile di energie rinnovabili per ridurre l’impronta di carbonio”, dice Nehrenheim. “Abbiamo un surplus di energia idroelettrica nei paesi nordici”.
L’azienda si procurerà anche le materie prime necessarie per produrre le batterie direttamente dalle miniere e produrrà il catodo stesso. Il perfezionamento avverrà anche in prossimità della miniera. Questo, spera Northvolt, creerà una catena di approvvigionamento più breve e più sostenibile, più facile da rintracciare e monitorare. Questo si differenzia da altri produttori di automobili e batterie che hanno lunghe e complesse catene di fornitura globali. Molte aziende automobilistiche acquistano le loro batterie per auto elettriche da LG Chem e Panasonic, che a loro volta acquistano i materiali per produrre il catodo da fornitori come Umicore.
Per ora, Northvolt non si rifornisce di materie prime dalla Repubblica Democratica del Congo, dove viene estratta la grande maggioranza del cobalto – un componente importante delle batterie delle auto elettriche. Nel 2016, un rapporto di Amnesty International ha rivelato che nelle miniere di cobalto del Paese lavoravano 35.000 bambini lavoratori. Mentre Northvolt dice che spera di estrarre alla fine il cobalto dalla Repubblica Democratica del Congo, dice che non lo farà finché non sarà in grado di farlo in modo sostenibile ed etico.
Il riciclaggio delle batterie delle auto elettriche è già una questione importante, ma con l’aumento delle vendite di veicoli elettrici diventerà fondamentale. “Si tratta di avere una buona struttura per portare sul mercato nuovi pacchi e batterie per veicoli elettrici che entrano nel mercato e per valutare e creare il modo più efficiente in termini di costi per riciclare”, dice Nehrenheim. Il primo blocco dell’impianto di riciclaggio Gigafactory dovrebbe essere operativo nel 2022, con la capacità di riciclare 25.000 tonnellate di celle di batterie ogni anno.
Potrebbe sembrare molto, ma è solo una frazione dei rifiuti totali causati dall’aumento dei veicoli elettrici. In un articolo del 2019 pubblicato sulla rivista Nature, i ricercatori hanno stimato che gli oltre un milione di auto elettriche vendute in tutto il mondo nel 2017 potrebbero produrre 250.000 tonnellate di batterie. La legge dell’UE impone ai produttori di batterie di ritirare le batterie esauste delle auto una volta che sono giunte a fine vita e vieta lo smaltimento delle batterie delle auto attraverso la discarica e l’incenerimento. All’inizio di questo mese, Tesla è stata multata per 10,8 milioni di sterline dall’Agenzia Federale Tedesca per l’Ambiente per aver presumibilmente omesso di ritirare le batterie esauste.
“La prospettiva che queste finiscano in discarica, nella maggior parte dei paesi, è remota, in quanto ci sono forti normative in vigore per evitare le conseguenze ambientali delle tossine che si disperderebbero nell’ambiente”, dice Paul Anderson, co-autore dello studio Nature e ricercatore principale per il progetto di riciclaggio delle batterie agli ioni di litio dell’istituto di Faraday. “Dobbiamo riciclarle. Non c’è praticamente nessun altro modo per renderle sicure se non quello di de-produrre le batterie”.
Rendere le batterie delle auto elettriche più ecologiche non richiede solo molta scienza, ma costa anche molto denaro. A luglio, Northvolt ha annunciato di aver raccolto 2,3 miliardi di sterline in azioni e debiti per sostenere lo sviluppo di due Gigafabbriche agli ioni di litio e aumentare la ricerca e lo sviluppo nel riciclaggio. L’azienda ha anche investimenti da parte di BMW, Volkswagen, ABB e Siemens, mentre la Banca Europea per gli Investimenti le ha prestato 315 milioni di sterline.
Mentre l’Europa non è leader nel campo delle batterie per veicoli elettrici al momento, Northvolt spera di guidare la spinta della “batteria verde”. Secondo la classifica della catena di fornitura di batterie agli ioni di litio di BloombergNEF per il 2020, la Cina è responsabile dell’80% della raffinazione delle materie prime nel mondo, del 77% della capacità delle celle e del 60% della produzione mondiale di componenti. “La difficoltà con la Cina è che attualmente il suo approvvigionamento energetico si basa molto sul carbone, il che significa che la sua impronta di carbonio è molto elevata”, dice Korre. “L’altra preoccupazione ampiamente espressa riguarda le norme ambientali nel loro complesso”.
La pressione di rivali più puliti e più verdi in Europa e altrove potrebbe cambiare le cose. Anderson prevede che, in futuro, ogni fabbrica di batterie potrebbe avere un impianto di riciclaggio collegato ad esso, sia che ne costruisca uno proprio o che abbia una partnership commerciale con una struttura vicina. E la ragione potrebbe anche non essere dovuta all’impronta di carbonio. “Succederà più o meno automaticamente, qualsiasi cosa la gente dica sulle proprie credenze ecologiche”, dice. “Ha senso recuperare gli scarti di produzione, o le celle difettose che non superano mai il controllo di qualità”.
Verso il 2030, Northvolt spera che il 50% delle materie prime che utilizza per produrre le sue batterie provenga da materiale riciclato, e a quel punto punta ad avere il 25% del mercato europeo. “Non stiamo raccogliendo l’uvetta dal biscotto come diciamo in Svezia”, dice Nehrenheim. “Non stiamo parlando solo di impronte di carbonio o di riciclaggio del cobalto. Stiamo parlando di garantire che tutti capiscano cosa stanno acquistando e di come valutare l’energia rinnovabile nell’intera catena di approvvigionamento”.
