Problema ambientale
La diffusa applicazione di unità portatili di accumulo di energia favorita dall'innovazione tecnologica ha determinato un rapido aumento del volume di batterie immesse annualmente sul mercato: nel 2013 sono state circa 211.000 tonnellate nell'area SEE, oltre alla Svizzera. Questa tendenza e il breve ciclo di vita delle batterie hanno imposto lo smaltimento di un flusso progressivamente crescente di batterie esaurite. In questo quadro, la questione centrale è rappresentata dallo sviluppo di processi che consentono il recupero di materiale dalle batterie giunte a fine vita. Questa strategia può ridurre l'impatto ambientale del ciclo di produzione della batteria impedendo la dispersione degli elementi pericolosi costituenti (metalli pesanti) nell'ambiente e, allo stesso tempo, fornendo una fonte di materiale alternativa alla sua catena di produzione.
In conformità con la Direttiva UE 2006/66/CE, che regola attualmente lo smaltimento e il riciclo delle batterie, il 65%, il 75% e il 50% (in peso) di efficienza di riciclaggio devono essere raggiunti rispettivamente dal trattamento di batterie al piombo, nichel-cadmio e altre tipologie.
Circa il 70% delle batterie portatili immesse sul mercato europeo sono non ricaricabili (primarie). In questa porzione di mercato, le batterie al litio primarie presentano caratteristiche che impongono notevoli difficoltà di riciclaggio. Queste sono determinate principalmente dalla presenza di litio metallico (forma di metallo non ossidato Li (0)) che può, a caldo, reagire esotermicamente con ossigeno, azoto e acqua e deve quindi essere maneggiato e/o disattivato in modo appropriato prima del riciclaggio per rimuovere il rischio di fiamme e/o esplosioni.
Obiettivi di progetto
Il progetto LIBAT è finalizzato alla dimostrazione di un processo innovativo per il riciclaggio delle batterie Li primarie (batterie Li(0)/MnO2). Il processo proposto integra un pretrattamento meccanico con un trattamento idrometallurgico per il recupero di materie plastiche, metalli ferrosi e non ferrosi. In accordo con la Direttiva UE 2006/66/CE, il target è quello di raggiungere una percentuale di riciclo maggiore del 50%. Rispetto alle tecnologie di riciclaggio alternative, il processo proposto consente di recuperare separatamente i prodotti al litio e al manganese. Il processo sarà dimostrato su scala pilota mediante la costruzione e funzionamento di un prototipo con una capacità di trattamento di 50 kg di batterie al giorno.
Azioni di progetto
Il progetto è stato articolato su diverse attività. Di seguito si riporta una lista delle azioni pianificate all'inizio del progetto che saranno implementate per raggiungere gli obiettivi specifici:
A1 Preparazione della documentazione tecnica per la richiesta di autorizzazione M1-M12
Questa attività preparatoria è finalizzata a richiedere l'autorizzazione necessaria per costruire e utilizzare il prototipo che implementa il processo di riciclaggio proposto presso il sito industriale della SEVAL. L'attività comprende la raccolta di tutti i documenti tecnici necessari per la concessione dell'autorizzazione (descrizione del processo, identificazione delle apparecchiature, bilanci di massa ed energia, composizione dei rifiuti).
B1 Progettazione e costruzione del prototipo M1-M18
Questa azione riguarda la progettazione e la costruzione dell'impianto prototipale per il riciclo di batterie al litio primarie (tipo Mn-Li(0)). La progettazione dell'impianto e la costruzione della sezione meccanica e idrometallurgica vengono eseguite per garantire una capacità di trattamento di 50 kg/giorno e una resa di recupero del materiale non inferiore al 60%. Questa azione include la formulazione di un foglio di calcolo dettagliato del processo (compresa la portata massica e la temperatura di qualsiasi flusso), la progettazione delle attrezzature, l'offerta e la selezione dei preventivi, la costruzione dell'impianto e la messa in servizio.
Risultati attesi:
- Libro di progettazione e ingegneria dell'unità prototipale
- Richiesta d’offerte
- Costi delle attrezzature e materiali per la costruzione dell’impianto pilota
- Certificato di commissioning del prototipo messa in servizio e pronto per l'uso
- Elenco dei test da eseguire durante la sperimentazione in unità prototipo
B2 Attività dimostrativa della sezione meccanica M19-M33
Le attività da svolgere nell'azione B2 sono finalizzate a dimostrare il funzionamento dell'impianto in cui si verificherà il processo per il recupero dei componenti target. Ciò comporterà la verifica del rispetto dei requisiti fissati nell'azione B1. Il trattamento nella sezione meccanica consentirà di separare le batterie processate nei seguenti flussi principali: metalli ferrosi (ferro, rame), metalli non ferrosi (Al), non metalli (plastica, carta) e polvere elettrodica. Quest'ultima polvere sarà raccolta e immagazzinata e infine alimentata alla sezione idrometallurgica per recuperare Mn e Li.
Risultati attesi:
produzione di 1000 Kg di polvere elettrodica, 1000 Kg di ferro, 50 Kg di metalli non ferrosi e 250 Kg di non metalli.
B3 Attività dimostrativa della sezione idrometallurgica M25-M42
Questa azione mira a dimostrare il funzionamento della sezione idrometallurgica dell’impianto, dove avverrà il processo per recuperare Mn e Li dalla polvere elettrodica derivata nell'azione B2. Questa sezione verrà utilizzata per ridurre al minimo il volume di acque reflue generate per batch. Durante questa fase verranno ottimizzati i parametri operativi di qualsiasi unità e saranno analizzate eventuali deviazioni tra le prestazioni dell'impianto e i risultati della scala di laboratorio precedentemente ottenuti.
Risultati attesi:
1000 Kg di polvere elettrodica verranno lavorati per produrre circa 200 Kg di Li2CO3 e 500 Kg di Mn(OH)2.
B4 Fattibilità economica e trasferibilità M31-M42
I dati derivati dalle attività di dimostrazione svolte nelle azioni B2 e B3 saranno sfruttati per valutare la fattibilità economica del processo proposto. L'analisi verrà eseguita per l'impianto prototipo costruito e verrà successivamente estesa per coprire scale di processo più grandi. L'obiettivo principale dell'azione sarà identificare le possibili applicazioni dei prodotti recuperati e valutare i redditi che possono essere ricavati dalla vendita dei prodotti. Verrà chiesto un preventivo per i metalli ferrosi e non ferrosi recuperati mediante trattamento meccanico. L'attenzione sarà dedicata all'analisi del riutilizzo dei prodotti di valore recuperati dalla polvere elettrodica (Mn(OH)2, Li2CO3) per il loro riutilizzo nella produzione di batterie. L'analisi di fattibilità economica comporterà la quantificazione dei costi associati alla costruzione di impianti, al consumo di reagenti e di energia, allo smaltimento dei rifiuti. L'analisi sarà valutata confrontando i costi calcolati con i redditi derivanti dalla vendita delle frazioni recuperate e la commissione dovuta per il trattamento delle batterie. La simulazione del processo verrà implementata per ottenere i dati economici delle diverse opzioni e valutare la redditività in base alla scala di impianto. Sarà effettuato uno studio sulla trasferibilità della tecnologia proposta in due diversi paesi dell'UE.
C1 Monitoraggio e valutazione dell'impianto pilota/di processo M7-M42
Questa azione include attività volte a monitorare la progettazione e la costruzione dell'impianto e le prestazioni di impianti costruiti e di prodotti ottenuti. Saranno implementate le seguenti attività: verifica che i risultati finali siano stati effettivamente completati in conformità con il programma di progetto, monitoraggio dello stato delle offerte richieste ai fornitori (fase di offerta) e lo stato di produzione delle attrezzature richieste ai fornitori selezionati, monitoraggio dell'evoluzione della fase di costruzione e il monitoraggio dell'evoluzione del commissioning degli impianti. L'attività prevede il monitoraggio e la valutazione delle prestazioni del prototipo costruito nell'azione B1. Verranno inoltre valutate l’impatto ambiente (analisi LCA) e l'impatto socio-economico del progetto.
D1 Diffusione, pianificazione e sviluppo delle azioni di Dissemination M1-M42
Questa azione include attività volte a comunicare i risultati del progetto ai gruppi target identificati in tutta l'UE e creare una rete per la diffusione e l'effettivo sfruttamento dei risultati del progetto. Attraverso diversi mezzi come i social media, il comunicato stampa, la newsletter, i volantini distribuiti in conferenze e mostre, lo sviluppo del progetto e i risultati saranno dichiarati. L'attività di ricerca porterà a pubblicazioni su riviste scientifiche. Inoltre, un Open day presso il sito dimostrativo sarà organizzato nell’ambito della conferenza finale di progetto.
D2 Diffusione obbligatoria M1-M42
Questa azione include le seguenti attività di divulgazione: creazione e gestione di un sito web del progetto disponibile in italiano e inglese, che viene periodicamente aggiornato con i principali risultati del progetto, notizie ed eventi, compresi deliverable pubblici; l'applicazione di una scheda informativa sul progetto che riporta una descrizione compatta degli obiettivi del progetto agli ingressi degli uffici dei partner; l'elaborazione e la diffusione di un Layman report che conterrà una descrizione degli obiettivi del progetto, dei risultati tecnici e delle conclusioni. Questa attività prevede la creazione di una rete con altri progetti dell'UE per la diffusione e l'effettivo sfruttamento dei risultati del progetto.
E1 Gestione del progetto M1-M42
Questa azione è finalizzata all'attuazione della gestione del progetto garantendo l'alta qualità di implementazione, il raggiungimento degli obiettivi e la disseminazione del progetto. La gestione del progetto include la gestione generale e l'amministrazione interna di ogni partner di progetto. Inoltre, l'attività prevede la gestione di indicatori di monitoraggio, un audit esterno delle spese, un piano post-LIFE, la preparazione delle politiche di certificazione e implementazione e l'applicazione dei principi di green procurement.