Assicurare un futuro alimentato a batterie grazie al riciclaggio automatizzato.
Pubblicato il 17 Dicembre 2024 a Sustainable Manufacturing
Le batterie svolgono un ruolo fondamentale nel facilitare l'espansione delle energie rinnovabili nel mix energetico e nell'elettrificazione dei trasporti, mentre passiamo dalla dipendenza dai combustibili fossili a tecnologie energetiche più pulite per raggiungere gli obiettivi concordati durante la COP 28.
Questo aspetto ha spinto il mercato delle batterie verso un'ascesa costante, con due settori (energia e trasporti) che hanno stimolato la domanda. Secondo l'International Energy Agency (IEA), il settore dell'energia rappresenta oltre il 90% della domanda complessiva di batterie. L'IEA ha rilevato che, solo nel 2023, l'impiego delle batterie in questo settore è aumentato di oltre il 130% su base annua, aggiungendo un totale di 42 gigawatt (GW) ai sistemi elettrici in tutto il mondo. L'immagazzinamento dell'energia sta emergendo come un'applicazione importante per le batterie, uno strumento per acquisire energia rinnovabile che diventerà sempre più importante in futuro. Nel settore dei trasporti, le batterie hanno favorito la diffusione di automobili, biciclette, camion e autobus elettrici e altri veicoli alimentati a batterie.
Incertezze associate alla fornitura di materie prime
Tuttavia, la futura crescita della produzione di batterie e dei settori in cui vengono utilizzate dipenderà in larga misura dalla fornitura affidabile di materiali quali litio, cobalto, rame, nichel, manganese e grafite.
Attualmente, la Cina domina non solo la produzione di batterie, ma anche la fornitura di materie prime, in quanto possiede la maggior parte delle miniere in Africa, Australia e Sud America. Sebbene l'Europa disponga di riserve di materie prime per la produzione di batterie, queste non sono ancora in fase di sfruttamento e il processo di apertura di una miniera richiede anni, non mesi.
Un altro modo per procurarsi le materie prime consiste nel recuperarle dalle batterie già costruite. In teoria, questa strategia offre all'Europa una strategia promettente per ridurre la dipendenza dalle precarie catene di approvvigionamento globali e stabilire una produzione sostenibile a circuito chiuso. Tuttavia, il riciclaggio delle batterie presenta varie complessità.
Sfide legate al riciclaggio delle batterie
Il problema principale consiste nella mancanza di standardizzazione in merito alla composizione chimica e alla fabbricazione delle batterie. Oggi nessuno sa davvero cosa ci sia all'interno delle batterie in circolazione. I responsabili del riciclaggio hanno creato dei database che consentono di identificare il modello di batteria e determinare i materiali utilizzati nella stessa ma, anche se trovano una corrispondenza, non vi è alcuna garanzia che l'anatomia di una batteria fisica corrisponda alle informazioni nel database. Nel corso della sua durata, una batteria subirà modifiche chimiche e strutturali irreversibili che possono causare la degradazione del materiale. Allo stesso modo, le variazioni nei fornitori di materie prime durante il ciclo di vita di un particolare sottotipo potrebbero portare a cambiamenti nella composizione.
La qualità è poi un altro problema per i responsabili del riciclaggio che desiderano estrarre e recuperare le materie prime dalle batterie. Il litio, ad esempio, deve essere puro al 100% per poter essere riutilizzato. Se venisse contaminato anche solo in minima parte durante il processo di riciclaggio, il prodotto non sarebbe più idoneo per il riutilizzo.
Un altro problema è che non tutte le batterie vengono restituite in buone condizioni, con i danni non sempre visibili, rendendo difficile la valutazione delle condizioni da parte dei responsabili del riciclaggio. È possibile che la batteria di un'auto sia stata coinvolta in un incidente o che i nodi di una batteria elettronica si siano staccati, compromettendo la riciclabilità della batteria.
Idoneità per una seconda vita
Il riciclaggio delle batterie va oltre il semplice recupero delle materie prime per la fabbricazione di nuove batterie. Questo aspetto implica anche la riparazione e la riconversione delle batterie al fine di garantire una seconda vita. Quando la capacità di una batteria scende al di sotto del 80%, il livello considerato accettabile per i veicoli elettrici, la batteria può tranquillamente acquisire una seconda vita come parte di una soluzione di immagazzinamento dell'energia.
Tale approccio, tuttavia, presenta una serie di sfide e i responsabili del riciclaggio devono seguire un lungo processo decisionale per identificare se una batteria è adatta per una seconda vita prima di aprirla. Inoltre, devono assicurarsi di disporre di un numero sufficiente di batterie per giustificare i progetti di immagazzinamento di energia ad alta capacità, in cui non è possibile combinare diversi tipi di batteria.
Classificazione e smontaggio delle batterie: un'operazione manuale.
Lo smontaggio delle batterie per il riciclaggio è una procedura complessa e interamente manuale. Si tratta essenzialmente di un processo di produzione inversa, in cui i componenti elettronici e i prodotti chimici devono essere rimossi separatamente. Oltre a essere un'operazione lenta, complessa e da eseguire manualmente, è anche pericolosa. La batteria deve essere scaricata prima di essere smontata poiché, se un operatore entra in contatto con le parti attive di una batteria carica, potrebbe subire gravi scosse elettriche. Anche la presenza di materiali velenosi come solventi ed elettroliti rappresenta un grave rischio per la salute e la sicurezza durante la manipolazione delle batterie.
Regolamento dell'Unione europea sulle batterie
Il nuovo regolamento dell'Unione europea sulle batterie rappresenta un enorme passo in avanti verso la creazione di un'economia circolare per le batterie e i rispettivi componenti. Oltre a introdurre obiettivi per l'efficienza del riciclaggio, il recupero dei materiali e i contenuti riciclati, la legislazione prevede diversi requisiti che aiutano i responsabili del riciclaggio a risolvere i problemi riscontrati in tale ambito.
Una delle disposizioni indica che le batterie utilizzate nei veicoli e nei componenti elettronici devono essere rimovibili. Tale aspetto, oltre a prolungare la durata di questi prodotti, facilita la rimozione delle batterie per finalità di riciclaggio.
Un altro requisito è che, dal 2027, tutte le batterie per veicoli elettronici e le batterie industriali superiori a 2 kWh vendute nel mercato dell'Unione europea richiederanno un passaporto della batteria univoco, recuperabile tramite un codice QR. Si tratta di una vera e propria rivoluzione nel riciclaggio delle batterie, in quanto elimina molte delle incertezze sulla composizione delle batterie.
Tuttavia, passerà un po' di tempo prima che i passaporti digitali siano di uso pratico per i responsabili del riciclaggio. Le batterie hanno una durata minima di otto anni, con una durata effettiva solitamente inferiore a 15 anni. Ciò significa che le prime batterie munite di passaporto digitale saranno disponibili per il riciclaggio a partire dal 2035, con batterie senza passaporto ancora in uso nel 2040. Nel frattempo, vi è un'urgente necessità di investire nelle tecniche di test e misurazione delle condizioni basate sulla tecnologia.
Potenziale rivoluzionario dell'automazione
L'automazione intelligente è la chiave per uno smistamento e uno smontaggio delle batterie sicuro ed efficiente, con la possibilità di riciclare le stesse in maniera semplice. La tecnologia di visione e rilevamento può essere combinata con l'analisi dei dati e l'intelligenza artificiale per identificare il tipo di batteria. I robot possono eseguire le attività pericolose come l'apertura, lo scaricamento e lo smontaggio della batteria, senza mettere a rischio i lavoratori e consentendo ai processi di supportare la separazione della cosiddetta "massa attiva".
OMRON è partner della rete di ricerca tedesca DiLiRec che, nei prossimi tre anni, si concentrerà sullo sviluppo di processi di riciclaggio sostenibili per il litio fosfato di ferro (LFP) in materiale catodico. Lo smistamento, lo smontaggio e lo smantellamento degli elettrodi delle celle delle batterie, nonché la registrazione sistematica dei dati nei sottoprocessi di riciclaggio delle batterie, sono stati identificati come prerequisiti per un riciclaggio efficiente dell'LFP. OMRON offre funzionalità di robotica, analisi dei dati e visione e rilevamento potenziati dall'intelligenza artificiale all'ecosistema composto da produttori di batterie, ricercatori e responsabili del riciclaggio.
La mancanza di autonomia nella produzione di batterie a livello europeo rappresenta un minaccia per la crescita dei settori dell'energia e dell'elettromobilità. I miglioramenti dell'infrastruttura di riciclaggio delle batterie di questa area geografica sono fondamentali per garantire la fornitura di materie prime di cui hanno bisogno questi settori, nonché per creare la circolarità necessaria per sfruttare il potenziale di sostenibilità delle tecnologie alimentate a batteria. L'automazione dello smistamento e dello smontaggio delle batterie è un tassello piccolo ma essenziale di questo puzzle e OMRON è orgogliosa di far parte di un movimento che sta guidando il passaggio a un nuovo paradigma.
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