RISULTATI DEL PROGETTO LIFE LIBAT
In questa sezione sono riportati i principali risultati tecnici ed ambientali del Progetto LIFE LiBat Recycling of primary LIthium BATtery by mechanical and hydrometallurgical operations (LIFE 16 ENV/IT/000389), terminato nel giugno 2021.
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RISULTATI TECNICI
TARGET: validare in scala pilota un processo per il trattamento delle batterie al litio primarie a fine vita Li(0)-MnO2, utilizzando un innovativo trattamento criomeccanico e idrometallurgico.
IL PROCESSO LIBAT
Un processo innovativo per il trattamento delle batterie primarie al litio, basato solo su trattamenti meccanici e idrometallurgici, è stato dimostrato con successo su scala pilota. Rispetto alle tecnologie alternative di riciclaggio pirometallurgico, il processo LiBat consente il recupero di prodotti al litio e manganese.
Nello specifico, le varie fasi del processo validato consistono in:
• Sorting di batterie a coin cell e cilindriche Li(0)/MnO2;
• Stabilizzazione delle batterie con pretrattamento criogenico;
• Macinazione, vagliatura e separazione delle tre frazioni: polvere elettrodica fine, frazione magnetica (acciaio), frazione non magnetica (carta/plastica);
• Neutralizzazione: reazione del litio metallico e produzione di una soluzione ricca di litio;
• Lisciviazione elettrodica delle polveri e recupero del manganese;
• Trattamento chimico della soluzione di neutralizzazione e recupero del litio;
CAMPAGNA DIMOSTRATIVA
RISULTATI: I risultati attesi sono stati pienamente raggiunti convalidando la tecnologia LIBAT su scala prototipale. Sono stati trattati 8900 kg di batterie, portando a un recupero di 2450 kg di acciaio, 2800 kg di polvere di elettrodi fini e 1400 kg di frazione non magnetica. Sono stati prodotti 212 kg di carbonato di litio. Il trattamento di 1045 kg di polvere ha permesso di recuperare 660 kg di idrossido di manganese.
La resa complessiva di riciclo del processo è del 65% in accordo con il target di progetto
PUREZZA E RESE DI RICICLO DEI PRODOTTI: un tasso di riciclaggio di Li del 68% è stato raggiunto con una purezza del 99,8% come Li2CO3. È stato ottenuto un tasso di riciclo di Mn del 94% con una purezza del 98% come Mn(OH)2. L'acciaio è un prodotto direttamente commercializzabile.
ATTIVITA’ DI TRASFERIBILITA’: riciclo delle batterie litio-ione
L’attività di trasferibilità ha dimostrato che il trattamento crio-meccanico della tecnologia LIBAT è adatto anche al trattamento delle batterie agli ioni di litio (LIB), la tipologia dominante utilizzata per i veicoli elettrici e le batterie industriali per l'accumulo di energia. La sezione idrometallurgica può essere facilmente adattata al trattamento delle batterie litio-ione. Considerando la quota di mercato delle batterie Li(0) e Li-ion e la quantità di batterie raccolte in UE (circa 2.000 ton di Li(0) e 20-30.000 ton di Li-Ion) la possibilità di trattare le LIB nello stesso impianto può migliorare notevolmente la fattibilità economica del processo.
La sezione meccanica dell'impianto LiBat può essere utilizzata senza sostanziali modifiche per produrre polvere elettrodica da batterie Li-ion contenenti litio, cobalto, nichel, manganese e grafite. Acciaio e materiali non magnetici possono essere separati in modo simile a quanto fatto dall'attuale prototipo
La polvere elettrodica subisce poi un trattamento di lisciviazione e purificazione. La grafite, recuperata separatamente e testata in laboratorio, ha caratteristiche paragonabili ad un prodotto commerciale. La miscela di idrossidi può essere utilizzata per produrre materiale catodico NMC adatto alla produzione di nuove batterie agli ioni di litio. Si recupera successivamente anche il carbonato di litio.
ATTIVITA' DI REPLICABILITA': un'ipotesi di un impianto industriale in Romania
L'analisi delle pratiche di gestione dei rifiuti implementate a livello dell'UE evidenzia la presenza di pochi impianti pirometallurgici situati nel centro dell'Europa (principalmente Francia, Belgio, Germania e Austria) in grado di trattare batterie al litio primarie. Ciò implica che le batterie primarie raccolte in molti stati membri dell'UE, tra cui l'Italia e i paesi dell'est dell'UE, devono essere spedite all'estero. Il trasporto e i relativi rischi comportano elevati costi correlati.
Tale pratica comune consente opportunità di marketing per la diffusione della tecnologia LiBat.
RISULTATI: È stata analizzata la situazione europea sul riciclo delle batterie primarie al litio. Sono stati studiati gli attuali metodi di riciclaggio, i tassi di raccolta e le batterie immesse sul mercato nei diversi paesi.
La Romania e la Grecia sono state selezionate come obiettivi ideali per la costruzione di un impianto su scala industriale basato sulla tecnologia LiBat, in grado di trattare batterie Li(0) e Li-Ion.
Un impianto in Romania in grado di gestire sia Li(0)/MnO2 che LIB dell'area balcanica consentirebbe di trattare circa 117 ton/anno di Li(0)/MnO2 e 985 ton/anno di LIB.
La scala di questo impianto, integrato anche con le LIB, è in linea con i risultati dell'analisi economica effettuata durante il progetto.
POLICY IMPLICATIONS: legislazione attuale e possibili miglioramenti
Il processo LiBat ha contribuito e continuerà a contribuire all'attuazione delle seguenti direttive UE:
• Directive 2006/66/EC on batteries and accumulators and waste batteries and accumulators (Battery Directive)
• Directive 2008/1/EC: Integrated Pollution Prevention Control (IPPC)
• Directive 2012/27/EU: Energy Efficiency
RISULTATI: Sono state evidenziate le potenziali barriere al riciclo delle batterie dovute a limitazioni della legislazione UE, come la Battery Directive, e sono state proposte possibili soluzioni, anche per quanto riguarda la futura “Battery Regulation”.
RISULTATI AMBIENTALI
TARGET: caratterizzare i vantaggi ambientali derivanti dal recupero dei materiali con il processo LIFE LIBAT in luogo dell'attuazione di un processo pirometallurgico. Quest'ultima che rappresenta la tecnologia consolidata adottata per il riciclo delle batterie primarie al litio a livello comunitario.
ANALISI DEGLI INQUINANTI
RISULTATI: Tutte le concentrazioni di inquinanti analizzati nelle emissioni gassose dopo il trattamento dei gas (polveri, sostanze organiche volatili, metalli, vapori acidi e SOx) sono inferiori ai limiti di legge stabiliti dal Decreto Regione Lombardia n° 8851 del 22/07/2020 che denota l'adeguatezza del sistema sviluppato per trattenere gli inquinanti.
MONITORAGGIO DELLE EMISSIONI
Come risultati attesi del processo LIBAT era prevista la riduzione delle emissioni di SOx (-90%) e polveri (-90%) rispetto al trattamento pirometallurgico prendendo valori di riferimento dalla letteratura.
Per determinare i g di SOx/ton di batterie associati al processo LIBAT, sono stati utilizzati i risultati delle analisi chimiche in situ ottenendo il rilascio di 45 gSOx/ton di batterie. Tale valore è inferiore a quello associato al processo pirometallurgico riportato nella proposta, pari a 48 g di SOx per tonnellata di batterie (riduzione del 6%). Va precisato che il valore riportato per il pirometallurgico era frutto di una ricerca bibliografica, ma specifico per il trattamento delle batterie agli ioni di litio.. Per questo motivo questo valore potrebbe essere sottostimato rispetto a quello derivante dal trattamento pirometallurgico di batterie primarie al litio in cui possono essere erroneamente incluse batterie contenenti S per errato smistamento manuale durante la dimostrazione LIBAT.
In accordo con questa ipotesi, effettuando l'analisi degli SOx nella sezione di aspirazione prima dell'impianto di abbattimento, si è osservata una grande variabilità dei dati (0,15 - 132,1 mg/Nm3). Tale valutazione è stata confermata anche dai risultati conseguiti con lo studio del Life Cycle Assessment effettuato, infatti è stata determinata una riduzione del 33% delle emissioni in termini di kg SOxeq. utilizzando il processo LIBAT.
Un’analisi simile è stata effettuata per determinare il g di polvere/ton di batterie per il processo LIBAT. Il valore determinato dalle analisi in situ è di 4,3 g/ton inferiore a quello associato al processo pirometallurgico riportato nel progetto, pari a 208 g di polveri per tonnellata di batterie (riduzione del 98%). Tale valutazione è stata confermata anche dai risultati ottenuti con lo studio LCA effettuato: utilizzando l'innovativo processo LIBAT si ha una riduzione del 45% delle emissioni in termini di PM 2,5 eq.
RIDUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI
RISULTATI: utilizzando per il trattamento delle batterie primarie al litio, l'innovativo processo sviluppato nel progetto al posto di un processo pirometallurgico, è possibile ottenere un risparmio energetico pari all'87%. Il risparmio netto è legato al fatto che con il processo LiBat si evitano processi termici energivori.
RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DI GAS SERRA
RISULTATI: dall'analisi LCA effettuata è emerso che il totale kg di CO2 equivalente prodotto con il processo LIBAT per una tonnellata di batterie trattate è pari a 722. Per il processo pirometallurgico è stato inizialmente stimato un valore di 1700 kg di CO2 equivalente, corrispondente ad un valore bibliografico, ma per questo processo è stato determinato un valore pari a 8431 kg di CO2 equivalente.
LIFE CYCLE ASSESSMENT
RISULTATI: al fine di avere un confronto su tutte le categorie di impatto, è stato valutato un indice di performance ambientale per discarica, processo LIBAT e processo pirometallurgico normalizzando e ponderando le diverse categorie di impatto. Questo indice mostra che la discarica ha un carico di 0,7, il processo pirometallurgico di 2,9 (dovuto principalmente al consumo energetico) e LIFE-LIBAT un credito di -2,5 verso l'ambiente a conferma del beneficio del processo proposto e del fatto che utilizzando un approccio pirometallurgico il l'alto impatto dovuto al consumo energetico non può essere compensato dal credito ambientale delle frazioni recuperate.
