Le batterie non si buttano

Industria ecocompatibile

Ogni anno, in Italia, devono essere smaltite 16mila tonnellate di batterie. Un quantitativo impressionante, soprattutto perché contengono elementi altamente inquinanti.
Un notevole passo avanti, nella salvaguardia ambientale, è stato compiuto con il D. Lgs. 188 del 2008, che impone il recupero delle pile e degli accumulatori esausti. Un obiettivo che, all'atto pratico, risulta però di difficile attuazione. La composizione delle singole batterie, infatti, è sostanzialmente diversa ed ogni produttore impiega materiali e composizioni specifiche. Per tale ragione, malgrado i tentativi effettuati, ad oggi non esistono impianti in grado di coniugare un riciclaggio economicamente remunerativo e non dannoso per l'ambiente.
Una situazione che ha stimolato la fantasia imprenditoriale di Roberto Ardenghi, titolare di S.E.val. Linee Ecologiche, un'azienda di Colico, sul Lago di Como, specializzata nel recupero di  apparecchiature elettriche. “Un simile quantitativo di batterie”, spiega Ardenghi, “rappresenta un'autentica bomba ecologica, ma anche una fonte di materie prime, che possono essere reintrodotte nel ciclo produttivo. Per tale ragione, insieme all'Università “La Sapienza” di Roma, all'Università degli Studi dell'Aquila e con la partecipazione dell'Istituto superiore per la protezione e la ricerca ambientale (Ispra), abbiamo iniziato un progetto di ricerca per la realizzazione di un impianto automatizzato finalizzato al recupero di tali componenti”.
Un investimento notevole, costato quasi 600mila euro in ricerca e sviluppo, cui si aggiungono 4 milioni di euro per la realizzazione. “Attualmente”, riprende Ardenghi “ in Italia non esiste nessun impianto in grado di riciclare completamente le batterie e, per tale ragione, abbiamo dovuto iniziare praticamente da zero, integrando le nostre competenze nell'ambito del riciclaggio di apparecchiature elettriche con le più moderne tecnologie proposte sul mercato”. Un'attività delicata, anche per il rischio che un concorrente potesse avvalersi delle competenze maturate in oltre dieci anni di attività da S.E.val. Da qui l'idea di sviluppare internamente tutte le soluzioni impiantistiche, acquistando sul mercato esclusivamente le tecnologie necessarie, ma senza delegare nulla all'esterno.

Cosa c'è dentro

Distinguere una batteria 'stilo' da una 'torcia' o da una 'ministilo' è decisamente semplice, sia per un osservatore umano, sia per un'apparecchiatura automatizzata. Ben più complesso è invece classificare due batterie apparentemente uguali. “Il 70% delle batterie attualmente smaltite”, spiega Ardenghi, “è rappresentato dalle comuni stilo e, per tale ragione, la nostra attività di ricerca si è focalizzata soprattutto su queste pile. Affinché il processo di riciclo industriale sia economicamente conveniente, è indispensabile attivare solo i trattamenti necessari per estrarre i componenti effettivamente riutilizzabili”.
Le batterie più economiche, ad esempio, sono contenute in un cilindro di cartone, mentre quelle di miglior qualità dispongono di un involucro di metallo. All'interno, poi, si trovano, in quantità variabili, zinco, manganese, nichel, litio, cobalto, cadmio, mercurio... “Prima di intraprendere la separazione dei componenti”, riprende Ardenghi, “è quindi determinante separare le batterie in funzione della loro composizione, attivando poi specifici trattamenti in grado di prevenire qualunque rischio di contaminazione”.
Riconoscere due batterie nuove, in funzione del produttore, è relativamente semplice. Ma diventa pressoché impossibile ottenere il medesimo risultato quando l'involucro è sporco, danneggiato o corroso. Gli impianti esistenti portano così al mancato riconoscimento del 30% delle batterie. Un quantitativo impressionante, che rende inefficiente il processo industriale. Ardenghi si è quindi concentrato sulla possibilità di sfruttare tecnologie alternative per garantire la corretta differenziazione. Il tutto a fronte di linee produttive in grado di trattare 200 milioni di pile all'anno. Questo significa che, all'atto pratico, ogni secondo il sistema riconosce e suddivide ben 15 pile.
Il compito di industrializzare un simile processo è stato affidato a Valerio Abate, esperto in innovazione e nuove tecnologie: “Considerando la scarsa affidabilità dei sistemi ottici in questo ambito, inizialmente avevamo pensato di integrare il riconoscimento basato sui raggi X. Dopo una serie di tentativi, però, la tecnologia disponibile si è dimostrata troppo lenta per le nostre esigenze. Pertanto si stanno sperimentando altre tecnologie”. '

Tutti in fila

Sistemate tutte in fila, un sistema di visione artificiale è in grado di realizzare un primo riconoscimento basato sull'analisi delle caratteristiche estetiche. Una modalità efficace per i prodotti integri, ma del tutto inutile quando la superficie risulta sporca o danneggiata. Per tale ragione è stato integrato un sistema in grado di misurare anche lunghezza e diametro con precisione micrometrica, così da avere ulteriori parametri di selezione.
“I sistemi di visione artificiale”, spiega Abate, “consentono di riconoscere una percentuale di batterie troppo bassa per le nostre esigenze. Simile sistema, inoltre, non risulta totalmente affidabile, poiché sul mercato vi sono anche imitazioni esternamente uguali alle pile originali, ma con composizioni differenti, che rischiano di contaminare il processo di separazione. Abbiamo così deciso di analizzare le batterie anche attraverso ulteriori tecnologie. Tutti i risultati vengono poi confrontati con i valori registrati nel nostro data base con un tasso di incertezza iniziale del 5%, ma destinato a scendere con il progressivo affinamento delle analisi”.
Per ottenere un simile risultato, anche in considerazione dell'elevata velocità a cui deve operare il sistema di riconoscimento e smistamento, Abate ha deciso di sviluppare internamente l'elettronica: “I plc di mercato sono ingegnerizzati per rispondere alle esigenze più disparate, mentre noi avevamo la necessità di un hardware rapido e specializzato solo per alcuni compiti specifici. Da qui l'idea di realizzare in modo autonomo l'intero sistema di gestione, sul quale installare poi software sviluppati direttamente da noi”.

Recuperiamo tutto

La corretta differenziazione delle pile da riciclare è fondamentale per i successivi processi di recupero dei componenti. Un'attività la cui responsabilità è stata affidata a Francesco Cornaggia: “Conoscendo i componenti di una batteria, i successivi procedimenti risultano molto più semplici ed efficaci”.
Come in altri impianti, infatti, le pile vengono dapprima frantumate e, attraverso un sistema di aspirazione, è possibile rimuovere i vapori di ammoniaca e la carta utilizzata da alcuni produttori. Le successive operazioni meccaniche, basate sull'impiego di particolari impianti, permettono poi di separare l'acciaio nichelato e, più in generale, il metallo utilizzato per l'involucro e le eventuali componenti plastiche da quella che, in gergo, è definita black mass. È questa la cosiddetta pasta di pile, che costituisce il 70% del materiale utilizzato ed è composta, soprattutto, da carbonio, zinco e manganese. Tutti metalli pregiati, separabili attraverso un processo di tipo idrometallurgico, che garantisce un'efficienza pari al 100%, a fronte di reflui praticamente nulli, rispettando anche i severi parametri fissati dal Ministero dell'Ambiente. “La maggior parte degli impianti esistenti, non essendo in grado di differenziare correttamente le batterie in ingresso”, spiega Cornaggia, “utilizzano sistemi di tipo pirometallurgico con scarse efficienze di recupero e notevoli problematiche ambientali. Al contrario, la nostra tecnologia permette di ridurre al minimo le emissioni inquinanti e i reflui prodotti. Il processo di elettrolisi consente di produrre lamine di zinco metallico puro al 99%, ossidi di manganese utilizzabili come pigmenti e fanghi di carbonio e manganese che, dopo essere stati essiccati vengono utilizzati dalle fonderie. Analogamente, attraverso processi specifici, siamo in grado di differenziare e recuperare tutti gli altri componenti delle batterie. Una capacità che ci permetterà, ogni anno, di reimmettere sul mercato circa 4mila tonnellate di materie prime.
L'intero processo chimico, che si svolge senza la necessità di interventi manuali, viene controllato da una serie di plc. Proprio la gestione automatizzata, infatti, consente di far funzionare il processo di elettrolisi in modo continuo, evitando interruzioni che si rivelerebbero antieconomiche. L'impiego di un sistema di supervisione, collegato in rete, consente infatti di gestire anche un'allarmistica specifica, in grado di allertare il personale specializzato a fronte di qualunque scostamento rispetto ai parametri ottimali. Perché proprio attraverso le soluzioni più innovative è possibile preservare l'ambiente e prevenire le più diverse forme di inquinamento.

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