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Volkswagen: il Gruppo ricicla le batterie agli ioni di litio

Le operazioni sono partite nell’impianto pilota di Salzgitter. Come riutilizzare materie prime pregiate come litio, nichel, manganese e cobalto

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Volkswagen ha iniziato la produzione di massa dei veicoli elettrici, con ID.3 e ID.4 aprendo la strada all’intero Gruppo. Il cuore di questa rivoluzione della mobilità è la batteria ad alto voltaggio, composta da diversi moduli, che a loro volta riuniscono gruppi di singole celle. Che cosa succede però quando la batteria arriva alla fine della sua vita a bordo dell'auto? Una delle possibili soluzioni è il riciclo, tramite un processo messo a punto dal reparto Ricerca e Sviluppo e poi concretizzato da Volkswagen Group Components nell'impianto pilota di Salzgitter.

Processo circolare

"Il nostro obiettivo è avere un processo circolare in cui oltre il 90% dei componenti di una batteria viene riciclato. Non vogliamo affidare questo compito all'esterno, preferiamo formare i nostri specialisti affinché siano pronti per il futuro" spiega Thomas Tiedje, Responsabile della pianificazione tecnica di Volkswagen Group Components. Le batterie destinate al riciclo sono esclusivamente quelle che non possono essere utilizzate in altri modi. Quando vengono smontate dai veicoli giunti al termine del loro ciclo di vita, la loro efficienza viene verificata e, se sono ancora in buone condizioni, possono essere destinate a una seconda vita in sistemi di accumulo di energia mobili, come le stazioni flessibili di ricarica rapida o i robot di ricarica.

LithoRec: un risultato che viene da lontano

Il processo di riciclo del litio utilizzato a Salzgitter si chiama LithoRec. Il Gruppo Volkswagen ha iniziato a svilupparlo tra il 2009 e il 2011: tutto è partito dall'idea di una dottoranda in geologia dell'Università Tecnica di Braunschweig, che ha svolto il suo progetto di ricerca proprio in Volkswagen. Stella Konietzko ha indagato sulle fonti da cui potevano essere recuperati, per un successivo riutilizzo, metalli come litio, cobaltoacciaio e alluminio nell'industria automobilistica. All'epoca sembrava un argomento poco attuale, ma in breve è diventato così rilevante da diventare un importante progetto di ricerca che ha visto coinvolta sia l'Università che il Gruppo Volkswagen.

Questione di tempismo

Nel 2011 il mercato automobilistico era molto diverso e le auto elettriche da cui poter riciclare le batterie erano pochissime. Ma già allora, nel dipartimento Sviluppo Tecnico Volkswagen, veniva sperimentato e affinato il processo LithoRec. "Non siamo partiti troppo presto, ma giusto in tempo. Ora abbiamo la possibilità di usare un processo che è realmente sostenibile, sia dal punto di vista economico che da quello ecologico, senza dover affrettare le cose" racconta Marko Gernuks, Responsabile dell'ottimizzazione del Ciclo di vita e, in passato, project manager di LithoRec.

Cella: come sei fatta?

La cella è l'unità più piccola che compone un pacco batteria ed è quella che effettivamente immagazzina e rilascia l'energia. Al suo interno l'energia elettrica viene convertita in energia chimica in fase di carica, mentre in fase di scarica avviene il contrario. I componenti principali sono due elettrodi - l'anodo e il catodo - che sono divisi da un separatore permeabile agli ioni di litio. Un liquido conduttivo che si chiama elettrolita circonda entrambi. Durante la carica, gli ioni di litio migrano dal catodo verso l'anodo e trasferiscono gli elettroni al catodo. Nel processo passano attraverso il separatore e raccolgono elettroni all'anodo. Durante la scarica, gli ioni di litio migrano indietro verso il catodo e la corrente scaricata può essere utilizzata per fornire energia. In un pacco batteria le celle sono interconnesse per formare un modulo e diversi moduli sono interconnessi per formare l'intero sistema.

Il processo LithoRec

Le batterie venivano generalmente riciclate fondendole negli altiforni. Volkswagen Group Components, invece, sfrutta un processo meccanico. La batteria viene prima scaricata e smontata, poi le parti come l'involucro esterno in alluminio, i cavi di rame e la plastica vengono recuperati e reinseriti subito nel ciclo produttivo. A questo punto i moduli vengono pressati in un ambiente protetto e l'elettrolita liquido che fuoriesce li trasforma in una massa umida, il granulato. Questo viene essiccato, passato attraverso vari setacci e un nastro magnetico, diventando sempre più fine. Alla fine, viene prodotta la cosiddetta "polvere nera", che contiene grafitelitiomanganesecobalto e nichel. A questo punto, un'azienda partner specializzata del settore chimico separa i singoli componenti utilizzando acqua e solventi. In questo modo possono essere utilizzati per la costruzione di catodi di nuove batterie, senza perdere qualità rispetto allo stesso materiale utilizzato per la prima volta.

I numeri del riciclo

Non sono previsti grandi volumi di batterie da riciclare prima della fine del decennio in corso. Per questo il sito di Salzgitter è stato progettato per riciclare inizialmente fino a 3.600 sistemi di batterie l’anno, nella fase pilota, pari a circa 1.500 tonnellate. In futuro, il processo potrà essere scalato per gestire quantità maggiori grazie a continue ottimizzazioni. Per la produzione di una batteria da 62 kWh, utilizzando catodi realizzati con materiale riciclato ed elettricità proveniente da fonti rinnovabili, si risparmiano circa 1,3 tonnellate di CO2.

Il circuito chiuso

Con questo metodo Volkswagen Group Components intende creare un ciclo chiuso dei materiali, che ridurrà sia la domanda di materie prime, sia l'impronta di CO2 delle batterie. "Se produciamo i nostri catodi esclusivamente da materiale riciclato, risparmieremo più di una tonnellata di CO2 per veicolo, contribuendo sensibilmente alla protezione del clima" afferma Tiedje. I prossimi passi di Volkswagen Group Components nello stabilimento di Salzgitter sono tutti concentrati sull'ottimizzazione dei processi. Quando l'impianto avrà raggiunto il limite di capacità, sarà affiancato da strutture più grandi, in modo che la mobilità elettrica risulti adatta alla produzione di massa nonostante le materie prime limitate.

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