La Chimica di ESP ottiene un altro importante riconoscimento nazionale (cfr. News del 16 ottobre 2020 “La Chimica di ESP si fa “premiare””) con l’assegnazione di una Borsa di Studio Renato Ugo 2022 a Giovanni Angelo Riva, neo-laureato in Scienze Chimiche con una tesi magistrale condotta sotto la supervisione del Dott. Mirko Magni, RTD-A PON presso il nostro Dipartimento.

Il progetto di tesi magistrale ha combinato una tematica di grande attualità (il riciclo delle batterie agli ioni di litio) con un audace progetto industriale IPCEI (Important Project of Common European Interest) di cui è parte l’impresa Engitec Technologies (Novate Milanese, MI). Il lavoro di tesi rappresenta quindi un valido esempio di come le collaborazioni interdipartimentali (Dip. ESP e Dip. Chimica) e l’unione di competenze trasversali (accademiche e industriali) possano portare alla realizzazione di progetti innovativi che rispondano alle sempre più pressanti sfide sociali, economiche ed ambientali.

La consegna delle Borse di Studio Renato Ugo 2022 si è tenuta a Roma lo scorso mercoledì 30 novembre, in occasione della Giornata dell'Associazione Italiana per la Ricerca Industriale (Airi). Le cinque borse di studio, intitolate al Professore Emerito Renato Ugo del valore di 5.000 € ciascuna, promosse da Airi in collaborazione con Farmindustria, Fondazione Bracco per i Giovani, Fondazione Silvio Tronchetti Provera e Italcementi, sono state selezionate tra 57 candidature tra quelle con la più elevata qualità scientifica ed il più forte impatto industriale.

Oggetto del progetto di tesi premiato con una delle cinque Borse di Studio è il riciclo delle batterie agli ioni di litio (BIL), una delle principali problematiche legate all’uso sempre più massiccio di questi dispositivi elettrochimici che convertono l’energia chimica in essi accumulata in energia elettrica (e viceversa) in maniera molto efficace. Questa desiderata caratteristica ha portato lo sviluppo di una serie di tecnologie, ben consolidate, per la loro produzione. Le BIL sono infatti parte integrante, e difficilmente sostituibile, di dispositivi comuni nella nostra vita quotidiana e sono alla base di molte delle politiche per la crescita sostenibile dell’Unione europea.

Un attuale limite che può minare la reale “sostenibilità” delle BIL risiede nel loro fine vita. Ad oggi gli approcci per il recupero dei diversi materiali critici (critical materials), co-presenti nei materiali attivi e in quelli funzionali delle BIL, sono limitati per lo più a processi pirometallurgici il cui elevato calore di processo è rivolto al recupero dei metalli più preziosi, quali cobalto e nichel presenti nei catodi (elettrodi positivi), a scapito dei componenti più volatili e/o facilmente degradabili (plastiche, solventi, litio, ecc.). La lega risultante richiede inoltre un’ulteriore raffinazione per permettere il reimpiego dei metalli costitutivi nella produzione di nuove batterie. Al contrario, l’idrometallurgia permette in linea teorica un recupero selettivo di un maggior numero di materiali presenti nelle batterie. Limitandoci al recupero dei metalli, la chimica in soluzione permette di pianificare processi in serie che sono rivolti, in una prima fase, a dissolvere i metalli di interesse (lisciviazione) e, in una fase successiva, a recuperarli in maniera selettiva impiegando una pluralità di processi chimici.

Nella tesi di laurea dal titolo “Ottimizzazione del processo di lisciviazione per il recupero dei metalli da batterie agli ioni di litio esauste”, Giovanni si è concentrato sulla prima fase di un processo idrometallurgico per il riciclo delle BIL. La prima problematica affrontata è stata la messa a punto di una procedura per definire la composizione elementare della black mass oggetto di studio. Si è lavorato, infatti, con una matrice reale, derivante dalla macinazione e setacciatura industriale di batterie esauste che generano una matrice complessa e notevolmente disomogenea. Nota la composizione media della black mass oggetto di studio, sono state quindi valutate le efficienze di lisciviazione di un buon numero di reagenti organici (acidi deboli e/o complessanti), selezionando i candidati anche in termini di costo. L’obiettivo, in questo caso, è stata ridurre il potenziale impatto ambientale dei processi di lisciviazione impieganti acidi minerali, associati a rilascio di gas nocivi e/o corrosivi. L’attenzione è stata poi rivolta ad alcuni additivi, comunemente riportati in letteratura, per studiare nel dettaglio il loro effettivo ruolo coadiuvante nel processo di lisciviazione dei metalli. Individuate le condizioni migliori, è stato condotto uno studio sistematico multi-tecnica rivolto a chiarire il meccanismo di interazione fra i metalli nella black mass e i componenti della miscela di lisciviazione. Uno degli obiettivi più importanti è stato permettere il monitoraggio on-line del processo, selezionando alcuni parametri di controllo e registrandoli simultaneamente al fine di individuare correlazioni o variazioni che li rendano utili nel controllo di processo.

 

Link correlati:

- News ESP (16 ottobre 2020): https://www.esp.unimi.it/ecm/home/aggiornamenti-e-archivi/tutte-le-notizie/content/la-chimica-di-esp-si-fa-%E2%80%9Cpremiare%E2%80%9D.0000.UNIMIDIRE-87649

- Sito Engitec Technologies: https://www.engitec.com

- Giornata Airi per l’Innovazione Industriale 2022 (30 novembre 2022): https://www.airi.it/event/giornata-airi-per-linnovazione-industriale-2022-30-novembre/