Caramel, progetto dell’Università degli Studi di Brescia, ha l’obiettivo di estrarre litio, cobalto e altri materiali strategici dalle batterie esauste attraverso un innovativo forno a microonde capace di recuperare il 90% del litio di ogni batteria, senza usare acidi inorganici e riducendo i consumi energetici del 50%
Estrarre litio, cobalto e altri materiali critici dalle batterie esauste attraverso un innovativo processo basato su un forno a microonde: è questo l’obiettivo del progetto Caramel (New Carbothermic Approaches to Recovery Critical Metals from Spent Lithium-Ion Batteries) dell’Università degli Studi di Brescia, coordinato da Elza Bontempi e finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca tramite il bando Fisa (Fondo Italiano per le Scienze Applicate) con un finanziamento di oltre un milione di euro.
Gli studi del team di ricerca puntano al superamento delle attuali tecnologie di riciclo con un’alternativa più efficiente, economica e sostenibile, riducendo anche il consumo energetico e l’uso di sostanze inquinanti.
Recuperare i metalli critici attraverso un forno a microonde
Alla base del progetto Caramel c’è un metodo innovativo che utilizza la cottura a microonde per estrarre i metalli preziosi dalle batterie esauste che, rispetto alle tecniche tradizionali, è in grado di recuperare oltre il 90% del litio contenuto nelle batterie esauste, di ridurre il consumo energetico del 50% rispetto ai processi convenzionali e di eliminare completamente l’uso di acidi inorganici commerciali, riducendo l’impatto ambientale.
Un processo che, oltre ai benefici economici e ambientali potrebbe aiutare a ridurre la nostra dipendenza dalle importazioni di materie prime critiche.
In questa transizione, la gestione delle batterie a fine vita rappresenta una sfida cruciale: attualmente, la carenza di infrastrutture adeguate e la difficoltà nel rendere scalabili le tecnologie di riciclo limitano il potenziale di recupero dei materiali strategici in Europa.
Per questo motivo, l’Unione europea ha fissato obiettivi ambiziosi con il Critical Raw Materials Act, che punta a coprire almeno il 25% del fabbisogno di materie prime critiche attraverso il riciclo entro il 2030.
Dalla ricerca alla scala industriale: il percorso di Caramel
Il percorso del progetto di ricerca dell’Università degli studi di Brescia è iniziato nel 2022 con la registrazione del brevetto della tecnologia e ha visto una prima applicazione pratica nel 2023 con Tech4LiB, un Proof of Concept realizzato grazie alla collaborazione tra l’università, il Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali (Instm) e il Centro Servizi Multisettoriale e Tecnologico (Csmt).
L’obiettivo attuale di Caramel è la realizzazione di un impianto pilota per portare la tecnologia a Trl 6, ovvero a un livello di maturità industriale che consenta la dimostrazione del processo in un ambiente rilevante.
“I risultati ottenuti finora – ci spiega la responsabile del progetto Elza Bontempi – dimostrano che è possibile coniugare innovazione tecnologica e sostenibilità ambientale, e allo stesso tempo contribuire alla creazione di un mercato nazionale per il riciclo delle batterie, attualmente carente in Italia”.
Per saperne di più sul progetto, abbiamo rivolto alla professoressa alcune domande.
Quali sono i principi chimici e fisici alla base del processo di estrazione con forno a microonde?
Il processo sfrutta il riscaldamento a microonde per indurre reazioni di riduzione carbotermica, consentendo l’estrazione selettiva dei metalli dalle batterie esauste. A differenza dei metodi convenzionali, il riscaldamento a microonde consente una riduzione dei tempi di trattamento e migliorando l’efficienza della reazione.
In che modo il metodo sviluppato si differenzia dalle tecnologie attualmente utilizzate per il riciclo delle batterie al litio?
Caramel propone un approccio innovativo basato su una tecnologia brevettata, che combina il riscaldamento a microonde con l’uso di agenti di lisciviazione a base di acidi organici.
Rispetto ai metodi pirometallurgici e idrometallurgici tradizionali, questa tecnica riduce il consumo energetico (il tempo di trattamento in forno è di circa una decina di minuti) e l’uso di reagenti chimici che producono scarti difficile da smaltire.
Il processo è applicabile solo alle batterie agli ioni di litio o può essere esteso ad altri tipi di accumulatori?
La metodologia è stata sviluppata principalmente per le batterie agli ioni di litio, ma la sua flessibilità consente di valutare possibili estensioni ad altri sistemi di accumulo, inclusi quelli di nuova generazione, previa adeguata ottimizzazione del processo.
Quali sono le principali sfide tecniche ancora da superare per portare il sistema su scala industriale?
Le principali sfide riguardano l’ottimizzazione dell’efficienza del recupero su scala maggiore e l’integrazione della tecnologia con le infrastrutture per il riciclo delle batterie, che sono ancora poche.
Come garantite la qualità e la purezza dei materiali recuperati rispetto ai metodi tradizionali?
Il metodo Caramel mira a ottenere materiali che possono avere un altro impiego. Per ora il grado di purezza non è stato analizzato.
Quali sono i costi stimati per la realizzazione dell’impianto pilota e la sua successiva industrializzazione?
Essendo un progetto di ricerca, i costi effettivi dell’industrializzazione non sono ancora determinabili con precisione.
Esistono già aziende o partner industriali interessati a implementare questa tecnologia su larga scala?
l progetto ha già suscitato interesse in alcuni stakeholder del settore, sia a livello accademico che industriale, e la collaborazione con centri tecnologici come Csmt potrebbe favorire future applicazioni industriali.
Quale potrebbe essere il tempo necessario affinché il metodo diventi economicamente competitivo rispetto all’estrazione primaria di litio e cobalto?
Il tempo di maturazione della tecnologia dipenderà da diversi fattori, tra cui l’evoluzione del mercato delle materie prime, i costi di produzione su scala industriale e le normative europee sulle batterie.
Quali ricadute può avere Caramel sulla filiera industriale italiana del riciclo delle batterie?
Se implementata su larga scala, questa tecnologia potrebbe favorire lo sviluppo di un ecosistema nazionale per il recupero di materie prime critiche, riducendo la dipendenza dall’estero.
Quanto è inferiore l’impatto ambientale di questo processo rispetto ai metodi tradizionali?
Il processo riduce significativamente il consumo energetico rispetto ai metodi pirometallurgici e limita l’uso di sostanze chimiche aggressive, migliorando la sostenibilità complessiva del riciclo.
Quali sono i benefici in termini di riduzione delle emissioni di CO2 e consumo di risorse?
La riduzione del fabbisogno energetico e l’uso di reagenti più sostenibili possono contribuire a una minore impronta di carbonio, anche se il beneficio effettivo dovrà essere valutato attraverso studi di Life Cycle Assessment (Lca).
Il processo genera scarti? Se sì, come vengono gestiti?
Il processo è stato progettato per minimizzare i rifiuti residui e quelli generati potrebbero essere riutilizzati.
È previsto l’utilizzo di energie rinnovabili per alimentare il forno a microonde?
L’alimentazione del sistema con energie rinnovabili è una possibilità, che potrebbe essere esplorata per ridurre ulteriormente l’impatto ambientale. Questo però è indipendente dalla tecnologia, ma si tratta di una miglioria successiva.
Considerando la crescente domanda di litio e cobalto, quanto potrebbe incidere questa tecnologia sulla dipendenza dell’Italia dalle importazioni?
La tecnologia potrebbe contribuire a ridurre la dipendenza dalle importazioni, ma l’impatto reale dipenderà dalla capacità di implementazione su scala industriale e dalla disponibilità di batterie esauste da riciclare.
Il progetto può contribuire al raggiungimento degli obiettivi del Critical Raw Materials Act dell’Ue?
Il progetto si inserisce pienamente negli obiettivi della strategia europea per la sicurezza delle materie prime critiche, favorendo un approccio di economia circolare nel settore delle batterie.
Ci sono contatti con istituzioni europee o internazionali per promuovere questa soluzione al di fuori dell’Italia?
Il progetto è già stato riconosciuto a livello europeo con premi e finanziamenti e la sua diffusione potrebbe essere facilitata attraverso ulteriori collaborazioni con enti istituzionali e industriali.
Quali saranno le fasi chiave dello sviluppo nei prossimi tre anni?
Il progetto prevede il passaggio da una scala di laboratorio a un impianto pilota, con attività di ottimizzazione del processo, valutazione ambientale ed economica e test su materiali reali.
Quali sfide prevedete nella fase di scaling industriale?
Le principali sfide includono la necessità di adattare la tecnologia a volumi maggiori e garantire la stabilità del processo.
Avete già identificato possibili siti per l’installazione dell’impianto pilota?
Il progetto è sviluppato in collaborazione con l’Università di Brescia e il Csmt, quindi è plausibile che le prime installazioni vengano realizzate in Italia, con un focus sulla Lombardia, ma in ogni caso il brevetto potrebbe essere concesso in licenza a chiunque interessato.
Dopo la fase pilota, quali sono le strategie per la commercializzazione della tecnologia?
La fase successiva alla validazione pilota potrebbe prevedere partnership industriali per il trasferimento tecnologico e lo sviluppo di impianti su scala più ampia, compatibilmente con il quadro normativo e gli incentivi disponibili.
