Economia circolare: batterie al litio ad alte prestazioni dal riciclo del vetro

L’innovazione tecnologica per completare la rivoluzione energetica attivata negli ultimi anni dalla grande avanzata delle energie rinnovabili verso un modello energetico distribuito, finalmente democratico e partecipativo, si sta concentrando particolarmente su uno degli aspetti più importanti per questo completamento, come quello dei sistemi di accumulo di energia “energy storage”.

Quando poi le nuove linee di ricerca e sviluppo, attraverso l’ausilio delle nanotecnologie, arrivano a connettere il recupero di materia dai rifiuti come il vetro, per conferire nuovi traguardi in termini di efficienza a tecnologie di accumulo di punta come quello delle batterie al litio, siano pienamente proiettati in scenari di piena economia circolare.
Molto interessante al riguardo, la linea di ricerca portata avanti da un team di scienziati dell’Università della California di Riverside, i quali, nell’ambito di test a tappeto,portati avanti su qualsiasi materiale anche da matrice rifiuti, stanno conseguendo importanti risultati nel campo delle batterie al litio grazie al riciclaggio del vetro, impiegando vecchie bottiglie in vetro in un processo chimico low cost per la costruzione di anodi di nanosilicio per pile ad alte prestazioni.

Come si spiega nell’articolo di approfondimento pubblicato sulla rivista Nature (link articolo), nonostante la sempre maggiore diffusione del riciclaggio, della raccolta differenziata e della gestione integrata dei rifiuti, sono ancora miliardi le bottiglie di vetro che ogni anno finiscono in discarica. L’obiettivo che il team di ricerca statunitense si è posto è stato individuato nello sfruttamento del biossido di silicio contenuto nelle bottiglie per ottenere direttamente nanoparticelle di silicio ad alto indice di purezza. Come spiega uno dei ricercatori, Changling Li: “Abbiamo iniziato con un prodotto di scarto diretto verso la discarica per creare le batterie che stoccano più energia, si ricaricano più velocemente, e sono stati più stabili rispetto alle pile a bottone commerciali”. Nel diagramma seguente è schematizzato il processo di estrazione messo a punto tratto dell’articolo di Nature.

Un aspetto migliorativo determinante quello dell’adozione del silicio in luogo della grafite per la costruzione degli anodi, dal momento che, a differenza di quelli convenzionali in grafite, gli elettrodi in silicio possono memorizzare fino a ben dieci volte più energia. E’ proprio il silicio infatti, tra tutti i materiali impiegati per la realizzazione degli anodi, a presentare la più alta capacità sia gravimetrica che volumetrica, presentando inoltre una tensione di scarica relativamente bassa, oltre ad essere il secondo elemento presente come disponibilità sulla crosta terrestre. Unico grande fattore limitante per l’impiego del silicio per la produzione degli elettrodi, è rappresentato dalla alterazione del volume durante i cicli di carica/scarica delle batterie, caratteristica che li rende particolarmente instabili, limite superabile attraverso l’utilizzo di silicio nano-strutturato che permette così all’anodo di assorbire lo stress associato ai ripetuti cicli di ricarica.

Ed è proprio il contributo delle nanotecnologie applicate al riciclaggio del vetro a costituire la ricetta vincente di questa nuova linea di sperimentazione, dal momento che il team statunitense ha utilizzato un nuovo processo di produzione degli anodi articolato in tre fasi che coinvolge il riciclo del vetro.

Gli scienziati hanno in sostanza percorso le seguenti tre fasi:

• frantumazione e macinatura delle bottiglie di vetro riciclate fino ad ottenere una povere bianca;
• processo di riduzione per trasformare il biossido di silicio in silicio nano-strutturato
• rivestimento delle nanoparticelle in carbone per migliorarne la stabilità e le proprietà di immagazzinamento dell’energia.

Il risultato è stato una batteria agli ioni di litio in grado di immagazzinare quattro volte più energia dei dispositivi tradizionali e, come mettono in evidenza i ricercatori, con una sola bottiglia di vetro, sufficiente a creare centinaia di pile a bottone al elevate prestazioni.

A seguire un breve video che ci introduce alle opportunità di questa nuova linea di ricerca applicata, pieno esempio di economia circolare.

Sauro Secci