Come e dove si smaltiscono le batterie delle auto elettriche

Ci piaccia o meno, il numero di veicoli elettrici sulle nostre strade continuerà solo a crescere, e con loro le batterie che le alimentano. Ma una volta arrivate a fine vita che fine faranno? Gli accumulatori sono infatti costosi e potenzialmente pericolosi per l'ambiente, e si presenta un problema di gestione. Ma anche un'opportunità.

Scopriamo quindi come e dove si smaltiscono le batterie delle auto elettriche. Quando infatti si decide di rottamare un'auto a benzina o diesel, ci sono protocolli precisi per lo smantellamento. Questi però non sono applicabili alle auto elettriche, e il problema riguarda proprio le batterie. 

A causa delle sostanze chimiche in esse contenute, non ci sono ancora soluzioni condivise. Il riciclo sarebbe quella ideale, in modo da non impattare sull'ambiente e recuperare le costose sostanze chimiche in esse contenute. Ma vista la complessità della loro struttura non è semplice, fisicamente o economicamente.

E infatti lo smaltimento delle batterie è una delle maggiori preoccupazioni per il futuro della mobilità elettrica. Andiamo a scoprire quali sono i protocolli attualmente in uso, e cosa si pensa di fare per risolvere il problema.

Le batterie sono il cuore pulsante delle auto elettriche, ma non sono tutte uguali. Le più comuni sono le batterie agli ioni di litio, ovvero quelle che troviamo nei nostri smartphone. 

Queste batterie offrono un'alta densità energetica e una buona durata. Tuttavia, contengono anche materiali potenzialmente nocivi che devono essere gestiti correttamente al termine della loro vita.

Come sono fatte le batterie delle auto elettriche

Una batteria per auto elettrica potrebbe sembrare una batteria gigante, ma in realtà è un pacchetto di migliaia di singole celle.

Queste sono assemblate in moduli, che compongono il pacco batteria.

Nei moduli, trovate le batterie, cilindriche o prismatiche. Ma nel complesso funzionano come una normale pila ricaricabile agli ioni di litio. E tutte lavorano insieme per alimentare il motore elettrico.

Ogni cella è costituita da un catodo positivo (che in genere contiene ossidi metallici fatti di nichel, manganese e cobalto), un anodo negativo a base di grafite e una soluzione liquida nel mezzo, chiamata elettrolita.

Come funziona la reazione elettrochimica delle batterie

È qui che entra in gioco la reattività del litio: si può separare facilmente il suo elettrone esterno, lasciando uno ione di litio (l'atomo senza il suo elettrone esterno). 

Durante il ciclo di carica, una corrente elettrica introdotta tramite una fonte esterna separa gli elettroni dagli atomi di litio nel catodo. Gli elettroni scorrono intorno a un circuito esterno verso l'anodo, che è tipicamente composto da grafite.

Gli atomi di litio ionizzati fluiscono all'anodo attraverso l'elettrolita e si riuniscono con i loro elettroni.

Durante i cicli di scarico, il processo si inverte. Gli atomi di litio nell'anodo si separano di nuovo dai loro elettroni, e gli ioni passano attraverso l'elettrolita. Infine gli elettroni fluiscono attraverso il circuito esterno, che alimenta il motore.

Le batterie delle auto elettriche durano tanto, in genere dieci anni. Inoltre sono in grado di mantenere il 70% della loro carica per più di 160.000 km (il valore minimo del nuovo standard Euro 7). Ma sotto questo livello dovranno essere sostituite. 

Come vengono riutilizzate le batterie delle auto elettriche

Prima di smaltirle, ci sono diverse soluzioni per riutilizzare le batterie delle auto elettriche che non possono essere più usate nei veicoli. 

Come vengono smaltite le batterie delle auto elettriche

Perché riciclare i componenti delle auto elettriche

A fine vita, a un certo punto, le batterie dovranno essere smantellate. Ma perché buttarle via? L'estrazione dei materiali per creare le batterie presenta problemi etici o ambientali. Un esempio del primo caso è il cobalto in Congo, estratto sfruttando il lavoro minorile.

Ecco perché i produttori di batterie cercano di ridurre l'uso di metalli rari e migliorare il riciclaggio. Le aziende che operano nel settore affermano di poter recuperare oltre il 95% di nichel e cobalto (i materiali del catodo). Ma in una batteria c'è molto di più.

Prima fase: scaricare

Le batterie separate dal veicolo vengono come prima cosa fatte scaricare, un processo che viene usato per alimentare l'impianto di riciclo.

Seconda fase: smontare le batterie

Per recuperare i componenti, le batterie vengono prima smontate. Il che già di per sé è un problema perché non sono tutte uguali, il che rende il lavoro più difficile e pericoloso, perché possono prendere fuoco. Oltre che costoso.

Terza fase: recuperare i componenti

A questo punto si possono applicare due tecniche per recuperare i materiali in una cosiddetta massa nera. Questa contiene una miscela di litio, manganese, cobalto e nichel.

Che deve essere successivamente sottoposta a un'ulteriore elaborazione ad alta intensità energetica. In modo da recuperare i materiali in una forma utilizzabile.

La pirometallurgia prevede di sottoporre i componenti a temperature elevate in un forno. Questa tecnica consente di recuperare solamente materiali come nichel, cobalto, alluminio e rame. Il lato negativo è che il processo consuma molta energia.

L'idrometallurgia invece comporta l'esposizione a soluzioni chimiche acide per recuperare i metalli desiderati. I lati negativi di questa soluzione sono gli scarti e la necessità di "pulire" meglio i componenti. L'efficienza è però elevata: è in grado di recuperare oltre il 90% dei metalli contenuti in una batteria a litio.

C'è un terzo processo, chiamato riciclaggio diretto, che è particolarmente interessante. Questa tecnica mantiene il catodo intatto, e prevede l'aspirazione dell'elettrolito e la distruzione delle celle della batteria. Quindi, vengono rimossi con il calore o specifici solventi i leganti.

Infine viene usata una tecnica di flottazione per separare i materiali dell'anodo e del catodo.

Il futuro: batterie più semplici da riciclare 

Le startup e le case automobilistiche stanno anche cercando di costruire batterie di nuova generazione. In modo da eliminare le sfide materiali e aumentare l'efficienza. Una nuova generazione di batterie agli ioni di litio ha già eliminato l'uso del cobalto, per esempio.

Gli scienziati hanno anche testato batterie sodio-zolfo, realizzate con materie prime molto più economiche e più abbondanti. Ma gli scienziati da tempo lanciano un appello ai costruttori, perché creino batterie più semplici da riciclare. 

Questo significa marchiare le batterie in modo che si sappia il tipo di chimica. Un altro problema è la difficoltà nell'aprirle. BYD ha creato la Blade Battery, una batteria al litio ferrofosfato che viene assemblata senza modulo. Le celle, che sono piatte, vengono quindi assemblate direttamente all'interno del pacco. E possono essere rimosse facilmente a mano, senza combattere con fili e colle.

E finché non ci saranno le batterie allo stato solido, dovremmo fare i conti con questa tecnologia.

Un'altra alternativa: attendere

Alcune aziende sono invece convinte che non sia ancora vantaggioso a sufficienza smaltire le batterie per auto. Per questo immagazzinano le batterie esauste. In modo da averle pronte non appena le tecniche di smaltimento non siano economicamente più vantaggiose. 

Come potete immaginare, lo smantellamento delle batterie è una procedura pericolosa e complessa. Inoltre, come abbiamo accennato nel capitolo precedente, può non essere economicamente vantaggioso. Per questo non ci sono tanti impianti specializzati in giro.

Al momento, gli impianti specializzati nello smaltimento e riciclo delle batterie sono presenti in alcuni Paesi europei. Tra questi troviamo Germania, Francia, Belgio e Spagna.

In Europa il riciclo delle batterie raggiunge livelli tra i più elevati al mondo, con una media di circa la metà delle batterie al litio riciclate. Il loro riutilizzo permette di abbattere le emissioni inquinanti fino al 30% rispetto alle auto endotermiche.

In Italia, il consorzio nazionale COBAT lavora sul fine vita delle batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici. Insieme all'Istituto di Chimica dei Composti Organometallici del CNR ha brevettato un processo per il recupero idrometallurgico della massa nera. Questa è una miscela di litio, manganese, cobalto e nichel.

In Cina avviene più smaltimento delle batterie delle auto elettriche che in tutto il resto del mondo messo assieme. Il problema è però che nel Paese asiatico la regolamentazione della salute, della sicurezza e dell'ambiente sono più permissive.

Smaltire un'auto elettrica non è economico, anzi. Secondo alcuni operatori del settore, dipende da diversi fattori, come il modello, le dimensioni e, ovviamente, le condizioni della batteria. 

In genere si parla di costi che possono andare da 4 a 4,50 euro al chilogrammo.

Una volta che la batteria arriva al 70% della sua carica, non è più idonea per essere utilizzata. Questo però non significa che debba essere immediatamente smantellata.

Nissan è stata una delle prime aziende a pensare a una seconda vita per le sue batterie. Nel 2016 ha iniziato a usare 280 vecchi pacchi batteria della sua Leaf per alimentare l'Amsterdam Arena. Queste batterie forniscono energia di riserva per lo stadio e possono aiutare a bilanciare la rete elettrica locale.

Audi ha avviato un progetto simile nel 2021, utilizzando 60 pacchi batterie dai veicoli di sviluppo e-tron. Questi sono stati usati per immagazzinare 4,5 megaWatt di energia da un impianto idroelettrico.

Anche Volkswagen ha proposto di utilizzare vecchie batterie EV per alimentare le stazioni di ricarica mobili per le auto elettriche. 

Benché la batteria di un'auto duri a lungo, il ciclo continuo di scarica e ricarica alla fine fa sì che la capacità si riduca nel tempo. Proprio come avviene per i telefoni cellulari. Questo vale anche in caso non la si usi.

Infine la temperatura, di stoccaggio e di funzionamento, ha un enorme impatto sulla longevità della batteria.

In generale, i climi più caldi influenzano negativamente la durata di una batteria.

Questi processi sono però contrastati da complessi sistemi di gestione della batteria (BMS). A differenza delle batterie agli ioni di litio che si trovano in un telefono o in un laptop, le batterie delle auto sono infatti gestite meglio.

I sistemi di protezione regolano il modo in cui le batterie vengono caricate e scaricate per prolungarne la vita. Ma alla fine comunque la batteria si degraderà. 

La notizia positiva è che, a meno di utilizzi molto intensivi o in condizioni particolarmente sfavorevoli, la batteria durerà molto. Almeno quanto l'auto, quindi più di 10 anni. Secondo diversi studi il tasso di degrado è molto meno significativo di quanto ci si aspettasse. Stiamo parlando di una riduzione della capacità del 2% circa ogni anno nella maggior parte dei casi.

Inoltre le case automobilistiche prevedono garanzie molto estese per le batterie.

E questo sarà regolamentato dalla direttiva Euro 7 che prevede i seguenti stati di carica minimi:

• A 5 anni/100.000 km: 80%
• Da 5 anni/100.000 km a 8 anni/160.000 km: 70%

Che fine fanno batterie auto elettriche?

Quando non tengono più un certo livello di carica, in genere intorno al 70%, le batterie devono essere sostituite. Le batterie esauste vengono o utilizzate in programmi per sfruttarne la capacità residua o scaricate per eliminare la capacità residua. Poi vengono smontate e si usano diverse tecniche per recuperare i componenti come nichel o cobalto. 

Quanto costa lo smaltimento delle batterie di un auto elettrica?

Lo smaltimento delle batterie delle auto può costare da 4 a 4,50 euro al chilo.