Ulteriori informazioni sullo smaltimento e come materiale tossico può continuare ad essere utilizzato nelle batterie se riciclato.

Le batterie a base di piombo e cadmio rappresentano le maggiori preoccupazioni ambientali, tanto che il nichel – cadmio è stato vietato in Europa nel 2009. Si sta tentando di vietare anche la batteria a base di piombo, ma non è disponibile alcuna sostituzione adeguata come nel caso sostituendo il nichel-cadmio con nichel-metallo-idruro. Per la prima volta, gli ioni di litio sono stati aggiunti all’elenco degli inquinanti. Questa chimica è stata classificata come solo leggermente tossica, ma il loro volume puro richiede un controllo più stretto.

L’acido al piombo ha aperto la strada al successo del riciclaggio e oggi oltre il 97% di queste batterie viene riciclato negli Stati Uniti. L’industria automobilistica dovrebbe avere il merito di aver organizzato il riciclaggio in anticipo; tuttavia, ragioni commerciali piuttosto che preoccupazioni ambientali potrebbero essere state la forza trainante. Il processo di riciclaggio è semplice e il 70% del peso della batteria è piombo riutilizzabile.

Oltre il 50% della fornitura di piombo proviene da batterie riciclate. Altri tipi di batterie non sono così economici da riciclare e non vengono restituiti facilmente come il piombo acido. Diverse organizzazioni stanno lavorando su programmi per rendere conveniente la raccolta di tutte le batterie. Solo il 20-40 per cento delle batterie nei telefoni cellulari e altri prodotti di consumo sono attualmente riciclati. L’obiettivo del riciclaggio è impedire che materiali pericolosi entrino nelle discariche e utilizzare i materiali recuperati nella fabbricazione di nuovi prodotti.

Le batterie esauste devono essere rimosse dalla casa. Le vecchie cellule primarie sono note per perdere e causare danni all’area circostante. Non conservare vecchie batterie al piombo dove i bambini giocano. Semplicemente toccando i poli di piombo può essere dannoso. Inoltre, tenere le celle a bottone nascoste dai bambini piccoli in quanto possono ingoiare queste batterie. (Vedi BU-703: Problemi di salute con le batterie)

Anche se non rispettose dell’ambiente, le batterie al piombo continuano a detenere una forte nicchia di mercato, specialmente come batteria di avviamento. La mobilità su ruote e i sistemi UPS non potrebbero funzionare in modo economico se non fosse per questa batteria affidabile. NiCd continua anche a tenere una posizione critica tra le batterie ricaricabili come grandi allagate NiCd avviare aerei a reazione e spingere barche turistiche in fiumi di grandi città. Anche se privo di inquinamento, queste batterie sono in declino.

Le batterie con sostanze tossiche continueranno ad essere con noi e non c’è nulla di sbagliato nell’usarle finché vengono smaltite correttamente. Ogni chimica della batteria ha una propria procedura di riciclaggio e il processo inizia ordinando le batterie nelle categorie corrette.

Acido al piombo: Il riciclaggio del piombo acido iniziò con l’introduzione della batteria di avviamento nel 1912. Il processo è semplice ed economico in quanto il piombo è facile da estrarre e può essere riutilizzato più volte. Ciò ha portato a molte attività redditizie e al riciclaggio di altre batterie.

 Le batterie al piombo sono le batterie più riciclate. Il riciclaggio è redditizio
Figura 1: Le batterie al piombo sono le più riciclate. Il riciclaggio è redditizio

Alla fine del 2013, le fonderie hanno iniziato a segnalare un aumento del numero di batterie agli ioni di litio mescolate con piombo acido, specialmente nelle batterie di avviamento. Ciò può causare incendi, con conseguente esplosione e lesioni personali. L’aspetto fisico dei pacchetti al piombo e agli ioni di litio è simile e l’ordinamento ad alto volume rappresenta una sfida. Per i consumatori, una batteria è una batteria e la gente è invogliata a riciclare tutte le batterie, non importa la chimica. Come più acido al piombo vengono sostituiti con Li-ion, il problema sarà solo escalation. Dal 2010-2013, c’è stato un aumento di 10 volte negli incidenti segnalati di infiltrazione di Li-ion con acido al piombo.

Si prega di notare che Li-ion è più volatile quando spogliato di piombo acido. La presorting viene eseguita per motivi di sicurezza e non per separare materiali pericolosi. L’acido al piombo è benigno ma tossico, lo Li-ion non è maligno ma esplosivo.

La Society of Automotive Engineers (SAE) e la Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) avviano un’azione attraverso una maggiore consapevolezza, formazione dei dipendenti, identificazione ed etichettatura delle batterie. Si stanno esplorando le tecnologie a raggi X per separare le batterie e ” chi porta la responsabilità?”viene chiesto. I produttori di batterie attribuiscono la responsabilità ai riciclatori che a loro volta sostengono che l’onere e la sostenibilità di un prodotto devono essere a carico del produttore. I tribunali possono diventare gli arbitri.

Nichel-cadmio: quando le batterie NiCd vengono smaltite con noncuranza, il cilindro metallico della cella alla fine si corrode nella discarica. Il cadmio si dissolve e filtra nella rete idrica. Una volta che inizia la contaminazione, le autorità sono impotenti a fermare la carneficina. I nostri oceani mostrano già tracce di cadmio (insieme ad aspirina, penicillina e antidepressivi) ma gli scienziati non sono certi della sua origine.

Nichel-metallo-idruro: il nichel e l’elettrolita in NiMH sono semi-tossici. Se non è disponibile alcun servizio di smaltimento in un’area, le singole batterie NiMH possono essere scartate con altri rifiuti domestici in piccole quantità; tuttavia, con 10 o più batterie, l’utente dovrebbe considerare lo smaltimento in una discarica sicura. L’alternativa migliore è prendere le batterie esaurite in un bidone di consegna del quartiere per il riciclaggio.

Litio primario: Queste batterie contengono litio metallico che reagisce violentemente a contatto con l’umidità e devono essere smaltite in modo appropriato. Se gettato in una discarica in uno stato di carica, attrezzature pesanti che operano sulla parte superiore potrebbe schiacciare i casi e il litio esposto potrebbe accendere un fuoco. Gli incendi delle discariche sono difficili da estinguere e possono bruciare per anni sottoterra. Prima di riciclare, applicare una scarica completa per consumare il contenuto di litio. Le batterie al litio primarie (litio-metallo) sono utilizzate nei combattimenti militari, così come in orologi, sensori, apparecchi acustici e backup della memoria. Una varietà di litio-metallo serve anche come sostituzione alcalina nei formati AAA, AA e 9V. Li-ion per telefoni cellulari e computer portatili non contengono litio metallico. (Vedere anche BU-106: Vantaggi delle batterie primarie)

Ioni di litio: gli ioni di litio sono ragionevolmente innocui, ma le confezioni esaurite devono essere smaltite correttamente. Ciò viene fatto meno per recuperare metalli preziosi, come nel caso del piombo acido, che per motivi ambientali, specialmente con il crescente volume utilizzato nei prodotti di consumo. Li-ion contiene elementi nocivi che si trovano a livello di tossicità dei dispositivi elettronici.

Con l’uso crescente di Li-ion, il rapporto della Commissione europea denominato “Verso la batteria del futuro” fornisce avvertimenti a causa del gran numero di batterie che soddisferanno la fine del ciclo di vita. In Europa, gli ioni di litio non possono essere messi in discarica a causa della tossicità e del pericolo di esplosione, né possono essere inceneriti in quanto le ceneri sono tossiche anche in discarica. Di preoccupazione è il cobalto e gli agenti che legano insieme i materiali degli elettrodi.

Il rapporto non marca più il piombo acido come la batteria più tossica. L’acido al piombo è l’unica batteria che può essere riciclata con profitto. Con quasi il 100% di acido al piombo riciclato, l’attenzione si sposta agli ioni di litio a causa del crescente volume e valore dei materiali recuperabili.

Secondo un rapporto ATZ (2018), la batteria di trazione agli ioni di litio 33kWh del veicolo elettrico BMW i3 contiene cobalto 2kg (4.4 lb), litio 6kg (13 lb), manganese 12kg (26 lb), nichel 12kg (26 lb) e grafite 35kg (77 lb). Non tutti i materiali recuperati possono raggiungere la qualità della batteria quando vengono riciclati, ma le risorse acquisite possono essere utilizzate per scopi meno impegnativi. Il litio è anche usato come lubrificante.

Si stanno facendo progressi e Duesenfeld GmbH dimostra un metodo innovativo che utilizza il 70% in meno di energia per riciclare le batterie agli ioni di litio rispetto ai forni di fusione tradizionali. La figura 2 illustra l’impianto di riciclaggio delle batterie dei veicoli elettrici in Germania.

 Impianto di riciclaggio per batterie per veicoli elettrici in Germania
Figura 2: Impianto di riciclaggio per batterie per veicoli elettrici in Germania

Il processo di riciclaggio delle batterie agli ioni di litio inizia normalmente con la disattivazione che comporta una scarica completa per rimuovere l’energia immagazzinata e prevenire un evento termico a sorpresa. L’elettrolita può anche essere congelato per evitare reazioni elettrochimiche durante il processo di frantumazione. Duesenfeld ha brevettato un processo che evapora e recupera i solventi organici dell’elettrolita nel vuoto per condensazione. Si dice che questo processo non produca gas di scarico tossici. Nella figura 3, i tecnici smontano le batterie EV per il riciclaggio.

Riciclaggio di una batteria agli ioni di litio EV in un contenitore
Figura 3: Riciclaggio di una batteria agli ioni di litio EV in un contenitore

Le fasi seguenti sono suddivise in trattamenti meccanici, pirometallurgici e idrometallurgici. La meccanica comporta la frantumazione delle celle della batteria; la pirometallurgia estrae i metalli mediante trattamento termico; e l’idrometallurgia coinvolge processi acquosi.

Una volta smontato, l’ordinamento separa il foglio di rame, il foglio di alluminio, il separatore e i materiali di rivestimento. Nichel, cobalto e rame possono essere riciclati dal cast, ma il litio e l’alluminio rimangono nelle scorie. Un processo idrometallurgico è necessario per recuperare il litio. Ciò include lisciviazione, estrazione, cristallizzazione e precipitazione da una soluzione liquida. Il trattamento idrometallurgico viene utilizzato per recuperare metalli puri, ad esempio il litio, ricavati da materiali di rivestimento separati dopo processi meccanici o da scorie in processi pirometallurgici.

Umicore in Belgio utilizza un forno per fondere le batterie direttamente per recuperare il 95% di cobalto, nichel e rame. Dopo il forno, Umicore utilizza uno speciale processo di lavaggio del gas per pulire i prodotti di incenerimento tossici dai gas di scarico contenenti fluoro.

Per ridurre i pericoli di incidenti di incendio durante il processo di riciclaggio, i riciclatori più piccoli inceneriscono le batterie agli ioni di litio esternamente negli impianti di trattamento dei rifiuti speciali prima di effettuare la separazione meccanica.

Duesenfeld in Germania scarica le batterie, le schiaccia in atmosfera inerte, evapora e ri-condensa i solventi organici dell’elettrolita e separa il materiale di rivestimento dell’elettrodo dal resto. I metalli vengono quindi lisciviati dai precedenti materiali attivi. La grafite viene filtrata e riacquistata, dopo di che vengono prodotti carbonato di litio, solfato di nichel, solfato di cobalto e solfato di manganese. Questo processo di riciclaggio produce più metalli che con il metodo termico Umicore. Anche l’impronta di CO2 viene ridotta risparmiando energia e riducendo la formazione di gas pericolosi.

Grafite riciclata da batterie agli ioni di litio
Figura 4: Riciclato grafite da batterie agli ioni di litio
Riciclato litio carbonato da batterie agli ioni di litio
Figura 5: carta Riciclata al litio carbonato da batterie agli ioni di litio
  • 1-minuti da YouTube: Ecofriendly Riciclaggio di Batterie agli Ioni di Litio con Duesenfeld
  • 4 minuti di YouTube: Eco-friendly metodo di riciclaggio di batterie EV

Alcalina: Dopo l’abbassamento del contenuto di mercurio in batterie alcaline nel 1996, in molti territori consentono ora di smaltire queste batterie come i normali rifiuti domestici; tuttavia, la California considera tutte le batterie rifiuti pericolosi. In Europa, il piombo acido, il NiCd, le batterie contenenti mercurio, le raccolte non differenziate di più tipi di batterie e gli elettroliti della batteria sono considerati rifiuti pericolosi. Tutti gli altri possono passare come non pericolosi. La maggior parte dei negozi che vendono batterie sono anche tenuti a riprendere le batterie esaurite. Le batterie alcaline contengono i materiali riutilizzabili di zinco e manganese, ma il processo di recupero è una responsabilità. Gli sforzi sono fatti per aumentare il riciclaggio delle cellule alcaline dal basso 4 per cento nel 2015 al 40 per cento nel 2025.

In Nord America, Retriev Technologies, precedentemente Toxco, e Rechargeable Battery Recycling Corporation (RBRC) raccolgono le batterie esaurite e le riciclano. Mentre Retriev ha i propri impianti di riciclaggio, RBRC si occupa di raccogliere le batterie e inviarle alle organizzazioni di riciclaggio. Retriev in Trail, British Columbia, sostiene di essere l’unica azienda al mondo che ricicla batterie al litio di grandi dimensioni. Ricevono batterie esaurite dalle trivellazioni petrolifere in Nigeria, Indonesia e altri luoghi. Riciclano anche batterie al litio ritirate dai silos missilistici Minuteman e tonnellate di Li-ion dagli sforzi bellici. Altre divisioni di Retriev riciclano nichel-cadmio, nichel-metallo-idruro, piombo, mercurio, alcalino e altro ancora.

Anche l’Europa e l’Asia sono attive nel riciclaggio delle batterie esauste. Tra le altre società di riciclaggio, Sony e Sumitomo Metal in Giappone e Umicore in Belgio hanno sviluppato una tecnologia per recuperare cobalto e altri metalli preziosi dalle batterie agli ioni di litio esaurite. (Vedi BU-705a: Riciclaggio della batteria come un business)

Umicore utilizza un ultra-alta temperatura (UHT) processi per riciclare batterie Li-ion e NiMH. I pacchi esausti vengono smontati e fusi in un forno UHT. I derby sono separati in lega metallica contenente rame, cobalto e nichel e scorie, un rifiuto pietroso contenente metalli delle terre rare. Le scorie possono essere ulteriormente elaborate per recuperare il litio, ma la produzione di litio a batteria non è ancora economica e le scorie vengono utilizzate per la costruzione. Sono in fase di sviluppo metodi per estrarre il litio per il ritrattamento in carbonato di litio per la produzione di ioni di litio. Con una crescita anticipata di 10 volte nell’uso delle batterie agli ioni di litio tra il 2020 e il 2030, il riutilizzo del litio potrebbe diventare economico in modo che i metalli finiscano nella produzione di batterie di nuovo molto simile al piombo per le batterie al piombo.

Processo di riciclaggio

Il riciclaggio inizia con lo smistamento delle batterie in prodotti chimici. I centri di raccolta collocano acido al piombo, nichel-cadmio, nichel-metallo-idruro e ioni di litio in tamburi, sacchi o scatole designati. I riciclatori di batterie affermano che il riciclaggio può essere reso redditizio se viene reso disponibile un flusso costante di batterie, ordinate per chimica.

Il processo di riciclaggio inizia rimuovendo il materiale combustibile, come la plastica e l’isolamento, con un ossidante termico a gas. Le particelle inquinanti create dal processo di combustione vengono eliminate dallo scrubber dell’impianto prima del rilascio nell’atmosfera. Questo lascia le cellule pulite e nude con contenuto di metallo.

Le celle vengono quindi tagliate a pezzetti e riscaldate fino a quando il metallo si liquefa. Le sostanze non metalliche vengono bruciate, lasciando una scoria nera sulla parte superiore che un braccio di scoria rimuove. Le leghe si depositano in base al peso e vengono scremate come crema dal latte crudo mentre sono ancora in forma liquida.

Il cadmio è relativamente leggero e vaporizza alle alte temperature. In un processo che appare come una pentola di acqua bollente sopra, un ventilatore soffia il vapore di cadmio in un grande tubo che viene raffreddato con nebbia d’acqua. I vapori si condensano per produrre cadmio che è puro al 99,95%.

Alcuni riciclatori non separano i metalli in loco ma versano i metalli liquidi direttamente in ciò che l’industria si riferisce a come “maiali” (65 libbre, 24 kg) o “maiali” (2.000 libbre, 746 kg). Altri riciclatori di batterie utilizzano pepite (7 libbre, 3,17 kg). I maiali, i maiali e le pepite vengono spediti agli impianti di recupero dei metalli dove vengono utilizzati per produrre nichel, cromo e ferro per l’acciaio inossidabile e altri prodotti di fascia alta.

Per ridurre la possibilità di un evento reattivo durante la frantumazione, alcuni riciclatori utilizzano una soluzione liquida o congelano batterie a base di litio con azoto liquido; tuttavia, la miscelazione delle batterie di avviamento agli ioni di litio con il comune tipo di piombo acido rimane un problema in quanto uno Li-ion caricato è molto più esplosivo del piombo acido.

Il riciclaggio della batteria è ad alta intensità energetica. I rapporti rivelano che ci vuole da 6 a 10 volte più energia per recuperare i metalli da alcune batterie riciclate rispetto all’estrazione mineraria. L’eccezione è la batteria al piombo, da cui il piombo può essere estratto facilmente e riutilizzato senza processi elaborati. In una certa misura, il nichel da NiMH può anche essere recuperato economicamente se disponibile in grandi quantità.

Sono in fase di sviluppo nuovi metodi di riciclaggio che recuperano i metalli per elettrolisi, noti anche come riciclaggio chimico. Si dice che il processo sia più economico e produca rese più elevate con meno inquinanti rispetto alla fusione tradizionale. Una di queste alternative per riciclare le batterie al piombo è stata sviluppata da Aqua Metals. Questa tecnologia ha il potenziale di rivoluzionare i metodi di fusione tradizionali. Un processo elettrochimico separa il piombo scomponendo i metalli in particelle di dimensioni nanoscopiche che vengono disperse in acqua per creare un metallo idro-collodiale. Il processo è chiamato AquaRefining. Problemi tecnici stanno ritardando la piena attuazione in questo momento.

Ogni paese stabilisce le proprie regole e aggiunge tariffe al prezzo di acquisto di una nuova batteria per rendere fattibile il riciclaggio. In Nord America, alcuni impianti di riciclaggio fatturano in base al peso e le tariffe variano in base alla chimica. Mentre NiMH produce un ritorno abbastanza buono con il nichel, la batteria NiCd spesa è meno richiesta a causa dei prezzi del cadmio morbido. A causa dello scarso valore di recupero del metallo, Li-ion comanda una commissione di riciclaggio più elevata rispetto alla maggior parte degli altri tipi di batterie.

Il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio non è ancora redditizio deve essere sovvenzionato dal governo. C’è un incentivo a recuperare cobalto costoso. Oggi non esiste alcuna tecnologia di riciclaggio che sia in grado di produrre litio abbastanza puro per un secondo utilizzo nelle batterie. Il litio per batterie viene estratto; il litio di seconda mano viene utilizzato per lubrificanti, vetro, ceramica e altre applicazioni.

Il costo piatto per riciclare una tonnellata di batterie è $1.000 a $2.000; L’Europa spera di raggiungere un costo per tonnellata di $300. Idealmente, questo includerebbe il trasporto, ma lo spostamento e la movimentazione delle merci dovrebbe raddoppiare il costo complessivo. Per semplificare il trasporto, l’Europa sta installando diversi impianti di trasformazione più piccoli in posizioni geografiche strategiche. Questo, in parte, è dovuto alla Convenzione di Basilea che vieta l’esportazione di batterie al piombo complete ma esaurite. Con l’aumentare del volume delle batterie scartate, si stanno cercando nuove tecnologie per rendere redditizio il riciclaggio senza il supporto di agenzie e governi.

ATTENZIONE In nessun caso le batterie devono essere incenerite, poiché un incendio può causare un’esplosione. Indossare guanti approvati quando si tocca l’elettrolito. In caso di esposizione alla pelle, sciacquare immediatamente con acqua. In caso di esposizione agli occhi, sciacquare con acqua per 15 minuti e consultare immediatamente un medico.

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