Le batterie agli ioni di litio per recuperare i loro metalli critici hanno impatti ambientali significativamente più bassi rispetto ai metalli vergini minerari, secondo una nuova analisi del ciclo di vita dell’Università di Stanford pubblicata su Nature Communications. Su larga scala, il riciclaggio potrebbe anche aiutare ad alleviare l’insicurezza di alimentazione a lungo termine-fisicamente e geopoliticamente-di minerali della batteria critica.
Recicleri di batterie agli ioni di litio Materiali di origine da due flussi principali: materiale di scarto difettoso dai produttori di batterie e cosiddette batterie “morte”, per lo più raccolte dai luoghi di lavoro. Il processo di riciclaggio estrae litio, nichel, cobalto, rame, manganese e alluminio da queste fonti.
Lo studio ha quantificato l’impronta ambientale di questo processo di riciclaggio e ha scoperto che emette meno della metà dei gas serra (GHG) di mining e perfezionamento convenzionali di questi metalli e usa circa un quarto dell’acqua e l’energia dei nuovi metalli. I benefici ambientali sono ancora maggiori per il flusso di rottami, che comprendeva circa il 90% dell’offerta riciclata studiata, arrivando al 19% delle emissioni di GHG di mining e lavorazione, il 12% dell’uso d’acqua e l’11% dell’energia utilizzo. Sebbene non sia stato misurato specificamente, il consumo di energia ridotto è anche correlato a meno inquinanti atmosferici come fuliggine e zolfo.
“Questo studio ci dice che possiamo progettare il futuro del riciclaggio della batteria per ottimizzare i benefici ambientali. Possiamo scrivere la sceneggiatura”, ha affermato William Tarpeh (BS ’12), assistente professore di ingegneria chimica nella scuola di ingegneria e il senior dello studio autore.
Posizione, posizione
Gli impatti ambientali del riciclaggio della batteria dipendono fortemente dalla posizione della struttura di lavorazione e dalla fonte di elettricità.
“Un impianto di riciclaggio della batteria nelle regioni che si basa fortemente sull’elettricità generata dalla combustione del carbone vedrebbe un vantaggio climatico ridotto”, ha affermato Samantha Bunke, una studentessa di dottorato a Stanford e uno dei tre investigatori di piombo dello studio.
“D’altra parte, le carenze di acqua dolce nelle regioni con elettricità più pulita sono una grande preoccupazione”, ha aggiunto Bunke.
La maggior parte dei dati dello studio per il riciclaggio della batteria provenivano dai materiali in sequoia in Nevada-la più grande struttura di riciclaggio della batteria agli ioni di litio su scala industriale del Nord America-che beneficia del mix di energia più pulito degli Stati Uniti occidentali, che comprende energia idroelettrica, geotermica e solare.
Anche il trasporto è un fattore cruciale. Nell’estrazione e nell’elaborazione del cobalto, ad esempio, l’80% dell’offerta globale viene estratta nella Repubblica Democratica del Congo. Quindi, il 75% della fornitura di cobalto per le batterie viaggia su strada, ferrovia e mare in Cina per la raffinazione. Nel frattempo, la maggior parte dell’offerta globale di litio viene estratta in Australia e in Cile. La maggior parte di quella fornitura si fa anche strada in Cina. Il processo equivalente per il riciclaggio della batteria sta raccogliendo batterie usate e scarti, che devono quindi essere trasportati al riciclatore.
“Abbiamo stabilito che la distanza di trasporto totale per l’estrazione e la raffinazione convenzionali dei metalli attivi in una batteria in media circa 35.000 miglia (57.000 chilometri). È come andare in giro per il mondo una volta e mezzo”, ha affermato Michael Machala, PhD ’17 , anche autore principale dello studio.
“Il nostro trasporto totale stimato di batterie usate dal tuo telefono cellulare o un EV a un’ipotetica struttura di raffinamento in California era di circa 140 miglia (225 chilometri)”, ha aggiunto Machala, che era uno studioso post -dottorato presso il Decourt Institute di Stanford al momento Ricerca ed è ora uno scienziato del personale del Toyota Research Institute. Questa distanza si basava su presunte posizioni ottimali per future strutture di raffinazione tra ampie batterie riciclabili statunitensi.
Vantaggio del brevetto
I risultati ambientali di Redwood non rappresentano le prestazioni ambientali complessive del settore del riciclaggio della batteria nascente per il riciclaggio delle batterie utilizzate. La pirometallurgia convenzionale, una fase chiave di raffinazione, è molto ad alta intensità di energia, che richiede di solito temperature di oltre 2.550 gradi Fahrenheit (1.400 gradi Celsius).
La sequoia, tuttavia, ha brevettato un processo chiamato “calcinazione riduttiva”, che richiede temperature considerevolmente più basse, non utilizza combustibili fossili e produce più litio rispetto ai metodi convenzionali.
“Altri processi pirometallurgici simili a quelli di sequoie stanno emergendo nei laboratori che operano anche a temperature moderate e non bruciano combustibili fossili”, ha detto il terzo autore principale, Xi Chen, uno studioso post -dottorato a Stanford durante il periodo della ricerca e ora un assistente professore alla City University di Hong Kong.
“Ogni volta che parlavamo della nostra ricerca, le aziende ci facevano domande e incorporavano ciò che stavamo trovando in pratiche più efficienti”, ha aggiunto Chen. “Questo studio può informare il ridimensionamento delle aziende di riciclaggio della batteria, come l’importanza di scegliere buone posizioni per nuove strutture. La California non ha il monopolio sull’invecchiamento delle batterie agli ioni di litio da telefoni cellulari e veicoli elettrici.”
Guardando al futuro
Il riciclaggio della batteria su scala industriale sta crescendo, ma non abbastanza rapidamente, secondo l’autore senior Tarpeh.
“Abbiamo previsti di esaurire il nuovo cobalto, il nichel e il litio nel prossimo decennio. Probabilmente faremo solo minerali di livello inferiore per un po ‘, ma il 2050 e gli obiettivi che abbiamo per quell’anno non sono lontani, “Ha detto.
Mentre gli Stati Uniti ora riciclano circa il 50% delle batterie agli ioni di litio disponibili, ha riciclato con successo il 99% delle batterie di piombo per decenni. Dato che le batterie utilizzate agli ioni di litio contengono materiali con un valore economico fino a 10 volte superiore, l’opportunità è significativa, ha affermato Tarpeh.
“Per un futuro con una fornitura notevolmente aumentata di batterie usate, dobbiamo progettare e preparare un sistema di riciclaggio oggi dalla raccolta alla lavorazione in nuove batterie con un impatto ambientale minimo”, ha aggiunto. “Speriamo che i produttori di batterie prendano in considerazione anche la riciclabilità nei loro progetti futuri.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
