Sviluppo di processi innovativi e sostenibili per il recupero di metalli preziosi dalle batterie a fine vita.

Given the recent attention for the development of sustainable strategies for managing batteries at the end of their life, combined with the need to identify new secondary raw materials of CRM, the present work has set itself the objective of developing an eco-sustainable process for the extraction and the recovery of cobalt and lithium from LIBs. The study starts from an in-depth knowledge of the reaction mechanisms present in the literature (Heydarian et al., 2018; Porvali et al., 2020), on the basis of which the experimental plans useful for obtaining the best operating conditions were developed ( in terms of high efficiencies and reduced environmental loads). Given the essential role of the ferrous ion (Fe2+) within the extraction process of the target metals, the work has the further objective of evaluating the actual sustainability of its recovery (and recirculation) through the reduction of the ferric ion (Fe3+) , due to the metabolic activity of the A.cryptum bacterium. Given the fundamental role of sustainability, the best operating conditions identified will be evaluated through environmental and economic sustainability analysis, to confirm the benefit, not only from a technical point of view. The results expected from this work will be fundamental in the definition of effective circular economy strategies, in which waste becomes resources. Chemical leaching experiments reported maximum efficiencies (100%) for both lithium and cobalt, using an initial ferrous ion concentration of 10 g/L (FeSO4), controlled pH 1.5, 3 hour reaction time and temperature environment. The biological reduction experiments of the ferric ion to ferrous ion have reported that the A.cryptum bacterium, working with an initial concentration of ferric ion of 1 g/L and glucose 5 g/L, is able to implement this reduction with efficiencies respectively of 95 and 86% in aerobic and microaerobic conditions. The environmental and economic sustainability analysis allowed us to conclude that the proposed valorization process is extremely promising, generating fewer impacts than primary production, and thus implementing the principles of the circular economy.

Considerata l’attenzione recente per lo sviluppo di strategie sostenibili di gestione delle batterie a fine vita, combinata con la necessità di identificare nuove materie prime seconde di CRM, il presente lavoro si è posto come obiettivo lo sviluppo un processo ecosostenibile per l’estrazione ed il recupero di cobalto e litio dalle LIB. Lo studio parte da un’approfondita conoscenza dei meccanismi di reazione presenti in letteratura (Heydarian et al., 2018; Porvali et al., 2020), sulla base dei quali sono stati sviluppati i piani sperimentali utile all’ottenimento delle migliori condizioni operative (in termini di elevate efficienze e ridotti carichi ambientali). Considerato il ruolo essenziale dello ione ferroso (Fe2+) all’interno del processo di estrazione dei metalli target, il lavoro si pone come ulteriore obiettivo la valutazione dell’effettiva sostenibilità del suo recupero (e ricircolo) tramite la riduzione dello ione ferrico (Fe3+), ad opera dell’attività metabolica del batterio A.cryptum. Visto il ruolo fondamentale della sostenibilità, le migliori condizioni operative identificate, saranno valutate tramite l’analisi di sostenibilità ambientale ed economica, per confermare il beneficio, non solo da un punto di vista tecnico. I risultati attesi da questo lavoro saranno fondamentali nell’ambito della definizione di strategie efficaci di economia circolare, nelle quali i rifiuti diventano risorse. Gli esperimenti di lisciviazione chimica hanno riportato efficienze massime (100%) sia per il litio, che per il cobalto, utilizzando una concentrazione iniziale ione ferroso 10 g/L (FeSO4), pH 1,5 controllato, tempo di reazione 3 ore e temperatura ambiente. Gli esperimenti di riduzione biologica dello ione ferrico a ione ferroso hanno riportato che il batterio A.cryptum, lavorando con una concetrazione iniziale di ione ferrico di 1 g/L e glucosio 5 g/L, è in grado di attuare tale riduzione con efficienze rispettivamente del 95 e 86% in condizioni aerobiche e microaerobiche. L’analisi di sostenibilità ambientale ed economica ci ha permesso di concludere che il processo di valorizzazione proposto risulta essere estremamente promettente, generando meno impatti rispetto alla produzione primaria, e implementando così i principi dell’economia circolare.