Riciclo batterie al litio: svolta sostenibile senza acidi grazie al metodo FJH-ClO

Un gruppo di ricercatori guidati dal chimico James Tour ha sviluppato un innovativo metodo per il riciclo delle batterie agli ioni di litio, eliminando l’uso di acidi e riducendo drasticamente energia e inquinamento, aprendo la strada a una nuova era del recupero sostenibile dei materiali critici.

Un nuovo paradigma per il recupero dei metalli strategici

Il crescente impiego delle batterie agli ioni di litio, dai veicoli elettrici ai dispositivi elettronici, ha posto l’industria di fronte a una sfida cruciale: sviluppare processi di riciclo efficienti, scalabili e ambientalmente sostenibili. Le tecnologie attualmente in uso si basano prevalentemente su trattamenti chimici aggressivi e consumi energetici elevati, con impatti significativi sia in termini ambientali che economici.

Un gruppo di scienziati della Rice University di Houston, Texas, ha recentemente annunciato un importante avanzamento in questo campo, presentando una tecnologia che consente di separare litio e metalli di transizione senza acidi, senza produzione di acque reflue e con consumi energetici ridotti. La tecnica, denominata FJH-ClO (Flash Joule Heating – Chlorination and Oxidation), rappresenta un potenziale punto di svolta per l’intero settore.

FJH-ClO: funzionamento del processo in due fasi

Il processo FJH-ClO si basa su due passaggi rapidi e ad alta temperatura che, combinati, consentono di recuperare i materiali attivi dalle batterie esauste in modo efficiente e selettivo.

Nella prima fase, i materiali esausti provenienti dalle batterie vengono triturati e quindi esposti a gas cloro sotto l’effetto di un riscaldamento Joule a impulso, una tecnologia che genera brevi ma intensi picchi di calore. Questo passaggio permette di disgregare rapidamente le strutture composite degli elettrodi.

Nella seconda fase, un ulteriore riscaldamento rapido in atmosfera di aria trasforma la maggior parte dei metalli in ossidi. Il litio, invece, mostra una resistenza all’ossidazione e rimane sotto forma di cloruro. Questa caratteristica permette di estrarlo successivamente utilizzando esclusivamente acqua, senza ricorrere ad acidi o solventi chimici.

Vantaggi rispetto ai metodi convenzionali

I metodi tradizionali di riciclo, come la lisciviazione acida e la pirometallurgia, richiedono processi lunghi, alte temperature costanti e l’impiego di sostanze corrosive. Al contrario, il metodo FJH-ClO:

• Riduce il tempo di trattamento da ore a frazioni di secondo.
• Elimina la necessità di acidi forti, evitando la produzione di acque reflue tossiche.
• Utilizza circa la metà dell’energia rispetto ai processi attuali.
• Consente di recuperare litio, cobalto e grafite con un’elevata purezza.

Secondo le valutazioni preliminari del team, l’implementazione del metodo su scala pilota mostra un potenziale risparmio di fino al 95% nell’uso di reagenti chimici rispetto alle tecnologie convenzionali.

Estrazione selettiva e qualità dei materiali recuperati

Uno degli aspetti più innovativi del metodo FJH-ClO è la sua capacità di separare in modo selettivo i diversi componenti della batteria sfruttando le differenti reattività termochimiche. Il litio, che rimane stabile nella forma di cloruro, può essere dissolto e separato semplicemente con acqua. Gli altri metalli, convertiti in ossidi, possono essere recuperati con procedimenti standard, ma senza contaminazioni crociate.

Questa estrazione mirata consente di ottenere materiali con un alto grado di purezza, fattore cruciale per il loro riutilizzo nella produzione di nuove batterie. Inoltre, l’assenza di acidi aggressivi garantisce l’integrità chimica dei materiali, riducendo il rischio di alterazioni strutturali che potrebbero comprometterne le performance future.

Dichiarazioni dei ricercatori e applicabilità industriale

Il professor James Tour, chimico e docente di scienza dei materiali e nanoingegneria alla Rice University, ha spiegato l’obiettivo alla base del progetto: “Abbiamo progettato il processo FJH-ClO per dimostrare che il riciclo delle batterie può essere rapido, selettivo e rispettoso dell’ambiente, senza la necessità di lisciviazione acida”.

Anche Shichen Xu, primo autore della pubblicazione e ricercatore post-doc, ha sottolineato la differenza sostanziale rispetto ai metodi attuali: “I metodi precedenti richiedevano passaggi lunghi e prodotti chimici aggressivi. La velocità e la semplicità dell’approccio FJH-ClO lo rendono applicabile concretamente su larga scala”.

Prospettive di industrializzazione: il ruolo di Flash Metals USA

Il team di ricerca non si è limitato alla validazione scientifica in laboratorio. L’obiettivo ora è portare la tecnologia a uno stadio industriale. Per questo è stata avviata la collaborazione con Flash Metals USA, una divisione della società Metallium, con il compito di sviluppare le applicazioni commerciali del processo.

Il sistema, secondo i ricercatori, è facilmente scalabile e ben si presta a essere integrato nella filiera dei materiali per batterie. Questo renderebbe possibile non solo il recupero efficiente dei materiali strategici, ma anche la riduzione della dipendenza dall’estrazione mineraria primaria, una delle attività a più alto impatto ambientale e geopolitico.

Implicazioni per l’economia circolare delle batterie

Se il processo FJH-ClO dovesse dimostrarsi efficace su scala industriale, potrebbe rappresentare un nuovo standard per il riciclo delle batterie agli ioni di litio. Le sue caratteristiche lo rendono compatibile con i principi dell’economia circolare, grazie a:

• Recupero efficiente di materiali critici con minime perdite.
• Assenza di sottoprodotti tossici o difficili da smaltire.
• Riutilizzabilità dei materiali recuperati in nuovi cicli produttivi.

Questo approccio contribuirebbe alla riduzione dell’impronta ambientale del settore e alla realizzazione di sistemi di produzione più sostenibili e resilienti a fronte della crescente domanda globale di batterie.

Prospettive future per l’adozione globale del metodo FJH-ClO

La diffusione di veicoli elettrici, sistemi di accumulo stazionari e dispositivi elettronici implica un aumento esponenziale del numero di batterie da smaltire nei prossimi anni. Tecnologie come il metodo FJH-ClO offrono una risposta concreta a questo scenario, proponendo una via sostenibile e ad alta efficienza per il riciclo.

L’effettiva adozione a livello industriale dipenderà da fattori come:

• la validazione economica del processo in condizioni reali;
• la disponibilità di infrastrutture tecnologiche per l’implementazione;
• il supporto normativo e gli incentivi alla transizione ecologica.

Se questi elementi convergeranno, FJH-ClO potrebbe costituire una pietra miliare nella gestione sostenibile delle risorse minerarie secondarie, contribuendo ad alleggerire la pressione ambientale legata all’estrazione primaria e favorendo l’autonomia strategica nella filiera delle batterie.