Validazione del processo in scala pilota

Risultati ottenuti

Le batterie contenenti esclusivamente litio, ferro e fosforo come materiale catodico (LFP) stanno diventando sempre più appetibili in termini industriali in quanto non contengono cobalto (presente all’interno dell’elenco europeo delle materie prime critiche) o nichel, che sono cancerogeni e provocano problemi ambientali e sanitari sia durante la produzione che durante i trattamenti di fine vita. A seguito delle attività svolte nella LA2.11 descritte nel Deliverable D2.13, è stato individuato il processo di trattamento per la valorizzazione del materiale catodico LFP. Il processo consiste in tre blocchi principali di operazioni, denominati Sezione 1, 2 e 3: per procedere con la validazione del processo in scala maggiore, è stato necessario ottimizzare le varie operazioni unitarie previste nelle suddette sezioni. A titolo di esempio, per la sezione 1 sono stati studiati gli effetti delle variazioni di alcuni parametri che possono influenzare la reazione di dissoluzione iniziale della matrice, quali la temperatura, il rapporto liquido/solido (L/S; mL/g) tra il volume di liquido utilizzato come soluzione lisciviante e la quantità in massa del materiale catodico solido, ed il rapporto molare tra il ferro contenuto nella soluzione lisciviante ed il litio contenuto nel materiale catodico (molFe/molLi). La validazione del processo è stata poi effettuata utilizzando l’impianto dimostrativo ROMEO (Recovery Of MEtals by hydrOmetallurgy), impianto dedicato al recupero e alla separazione di materiali da matrici complesse per via idrometallurgica. L’impianto, in opera presso l’edificio C29 del CR ENEA Casaccia (Roma), è concepito con una configurazione modulare: è strutturato in maniera tale che si possano attrezzare opportunamente gli spazi a disposizione in funzione del processo e della filiera da verificare sperimentalmente in scala pilota: si assemblano di volta in volta i macchinari più opportuni per comporre le isole operative, escludendo le attrezzature ridondanti per operare nella massima sicurezza. Questa logica fornisce ampi gradi di libertà per la verifica della maggior parte dei processi idrometallurgici. A conclusione di quanto sperimentato e per dare un quadro sinottico, è stato presentato il flow sheet finale, realizzato tenendo in considerazione tutte le sezioni operative descritte e commentate nel deliverable D2.14 Quest’ultime sono state utilizzate per implementare la piattaforma di calcolo prevista nell’ambito del progetto IEMAP.

Benefici e prospettive di applicazione per il sistema energetico nazionale

Con riferimento alle attività di recupero dei materiali dai sistemi di accumulo a fine vita sviluppate nelle LA 2.10, LA 2.11 e LA 2.12, è da evidenziare il loro notevole impatto sull’industria di riferimento in termini di soluzioni atte ad incrementare la disponibilità dei materiali critici e/o strategici quali ad esempio litio e fosforo per mitigare la dipendenza da approvvigionamenti extra-UE o dal rischio di esaurimento dei giacimenti produttivi. Il litio, ad esempio, è un materiale definito “critico” a livello europeo, a causa dell’elevata importanza economica nonché dell’elevato rischio di approvvigionamento (EU, 2023). Visto il suo utilizzo nelle tecnologie strategiche alla base delle transizioni verde e digitale, esso è stato inoltre incluso nel gruppo dei materiali cosiddetti “strategici”. Il suo recupero da fonti secondarie è, dunque, di primaria importanza. Visto il considerevole interesse verso la chimica di tipo LFP da parte dei maggiori players internazionali ed i conseguenti considerevoli volumi del fine vita che sono previsti per i prossimi anni, è di fondamentale importanza per il sistema Paese avere tecnologie di valorizzazione disponibili e facilmente implementabili su scala più importante. La piattaforma computazionale IEMAP ha consentito di creare un database riguardo i parametri di processo definiti durante le attività progettuali per il trattamento di recupero materiali da poter essere reinseriti nella catena del valore delle LIBs.