Le promesse di Farasis per il «direct recycling» di batterie usate
Il produttore di celle Farasis Energy afferma di aver sviluppato e convalidato un processo di riciclo diretto che preserva la struttura cristallina del materiale catodico attivo
All’inizio del 2021, intervenendo in un articolo di AUTO21 sulle tecnologie di riciclo praticabili per le batterie, il professor Stefano Passerini aveva sottolineato le prospettive di crescita del settore del direct recycling.
Il direttore dell’Helmholtz Institute di Ulm si riferiva al riciclo diretto di celle usate o di materiali di scarto della loro lavorazione per ricreare nuove batterie con elevata efficienza e risparmi sui costi, poiché non condividono gli svantaggi di alternative di economia circolare basate su pirometallurgia, che richiedono molta energia, o idrometallurgia, i cui processi necessitano di materiali aggiuntivi.
Se in laboratori come quelli di Ulm e in altri atenei e istituti globali non mancano gli esempi funzionanti, finora non c’erano stati esempi di processi e progetti sul riciclo diretto da parte di produttori di batterie. Ma ora il gruppo cinese Farasis Energy afferma di aver sviluppato e convalidato un processo di direct recycling dall’elevata sostenibilità per le celle agli ioni di litio.
Come nel caso degli studi precedenti, anche per la società partecipata da Mercedes-Benz l’obiettivo è stato quello di preservare la struttura cristallina del materiale catodico, per consentire il riutilizzo del materiale a basso costo con processi assai poco energivori. L’azienda afferma di essere in grado di dimostrare che il materiale catodico riciclato può essere recuperato sia da celle usate sia da scarti di produzione e integrato in nuove celle.
Un aspetto interessante è che i risultati del centro ricerche Farasis ha ottenuto risultati che indicano come le celle rigenerate contenenti fino al 25% di materiale catodico riciclato possono funzionare in modo equivalente a celle realizzate esclusivamente con nuovo materiale catodico.
Farasis nella nota ufficiale appena diffusa indica di vedere un grande potenziale in particolare nell’utilizzo degli scarti della produzione di celle, dove l’efficienza dell’utilizzo del catodo può essere aumentata a oltre il 99%. Poiché nel catodo vengono utilizzati materie prime i cui prezzi sono attualmente soggetti a picchi sostenziali, che riguardano nichel, manganese e cobalto, i risparmi sui costi di produzione si riveleranno particolarmente attraenti, se gli scarti possono essere riciclati senza sforzi.
Nei processi di riciclo attualmente già utilizzati, la triturazione delle celle è una fase particolarmente cruciale. Alla fine di questo processo a più fasi c’è la cosiddetta black mass, la polvere di quel colore che contiene tutti i materiali pregiati di una batteria. Questi vengono poi separati chimicamente e lavorati con processi idro-metallurgici. Da queste polveri ricche di materiali è quindi possibile produrre nuovi catodi per batterie con un ulteriore contributo di energia.
Il processo di direct recycling invece consente, secondo Farasis, il recupero diretto e completo del materiale catodico di alta qualità nella sua composizione chimica e fisica originale, preservandone la struttura cristallina.
In altri termini il materiale catodico attivo viene recuperato intatto e può essere utilizzato direttamente per la produzione di nuove celle agli ioni di litio. Ciò consente di risparmiare la fase costosa (sia per allestire l’apparato sottostante che dispendioso in termini di energia) con cui separare completamente i materiali della batteria e quindi ri-assemblarli.
Peraltro va notato che un punto che Farasis conta come un vantaggio crea qualche controindicazione pratica. Ovvero la composizione chimica del materiale catodico attivo non può che rimanere la stessa. Ovvero un catodo con chimica NMC 811 (nichel all’80%, manganese al 10% e cobalto al 10%) dovrà essere riutilizzato in una linea dove si producono altre celle con catodo NMC 811, e non ad esempio su nuove celle senza cobalto o con percentuali inferiori di quel metallo.
Inoltre nel riciclo diretto al momento non sono note proposte commerciali (nemmeno da Farasis) per riciclare il litio, i cui prezzi sono attualmente stellari, così come gli anodi in grafite, che pure sono una materia prima la cui rigenerazione sarebbe economicamente valido. Al contrario se il catodo viene scomposto nei suoi componenti di base questi possono essere riassemblati durante la ri-sintesi secondo il futuro stato dell’arte.
Ma i costi e i risparmi energetici del direct recycling potrebbero superare questo svantaggio rendendo il processo comunque attraente e Farasis è convinta che questo sia uno sviluppo importante. “Il nostro obiettivo è sviluppare una catena del valore chiusa della batteria durante l’intero ciclo di vita, dalla progettazione alla gestione della fine del ciclo di vita”, ha dichiarato Keith Kepler, Chief Technology Officer e co-fondatore di Farasis. “Ci siamo avvicinati molto di più a questa affermazione con la convalida del nostro processo di riciclaggio diretto”.
Secondo Farasis, una delle aree di interesse nello sviluppo è stata la prestazione del materiale riciclato. Affinché un tale materiale catodico abbia successo sul mercato, le proprietà e le performance delle celle prodotte devono reggere il confronto con celle realizzate esclusivamente con materiale nuovo.
In un lungo studio iniziato nel 2017 a questo si sono dedicato i tecnici, e alla fine questo è ciò che è stato dimostrato non solo in test interni, ma anche messo alla prova esternamente da un laboratorio del gruppo del professo Robert Kostecki del Lawrence Berkeley National Laboratory, affiliato al Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Una cella da 2 Ah è stata testata su 600 cicli di carica e scarica. Il prossimo passo sarà quello di convalidare l’industrializzazione del processo di riciclo dei catodi su larga scala. La società si è data un chiaro obiettivo di essere coinvolta nel riciclo globale di celle il più rapidamente possibile.
