LE BATTERIE
Le batterie e gli accumulatori sono una sorgente
essenziale di energia nella nostra società, usata in
una enorme varietà di prodotti e applicazioni per un
largo numero di consumatori ed operatori.
Le batterie possono essere distinte in base agli usi, alle tecnologie
e ad alcune proprietà, quali la ricaricabilità o la dimensione.
Generalmente il mercato delle batterie e degli accumulatori si
suddivide in 2 grandi gruppi:
• Il settore portatile, in cui le batterie solitamente pesano
meno di 1 kg;
• Il settore automotoristico, in cui le batterie solitamente
pesano più di 1 kg.
Vi sono 3 principali tipi di batterie ed accumulatori portatili:
• Quelle di uso comune non ricaricabili (per lo più Zn – C e
alcaline al Mn);
• Quelle a “bottone” (per lo più Zn – aria, ossido di Ag, ossido
di Mn e Li) che pure non sono ricaricabili;
• Quelle ricaricabili, (per lo più Ni-Cd, Ni Mh, Li – ione e al
Pb)
Nel 2002 sono state vendute nell’Unione Europea dei 15 paesi
158.270 tonnellate di batterie ed accumulatori. Quelle portatili
e non ricaricabili rappresentano la percentuale maggiore del
mercato delle batterie portatili (circa il 72%), mentre le ricaricabili
ammontano al 28% del mercato.
Le batterie per auto (Pb – acido) vendute nella UE dei 15 paesi
nel 2001 sono state circa 58 milioni di pezzi, corrispondenti
ad un peso di circa 870.000 tonnellate.
Le batterie e gli accumulatori per applicazioni industriali vendute
nel 2002 ammontano a 189.490 tonnellate. La maggior parte
sono costituite da batterie al Pb, solo il 2% sono al Ni – Cd,
impiegate in applicazioni del campo dei trasporti aeronavali.
Considerazioni ambientali
Ogni anno sul mercato della Comunità Europea sono immesse
circa 800.000 tonnellate di batterie d’auto, 190.000 tonnellate
di batterie industriali e 160.000 tonnellate di batterie portatili.
Batterie ed accumulatori non porgono particolari problemi
quando sono in fase di utilizzo o quando sono tenute in casa.
Quando però finisce il loro utilizzo, questi oggetti diventano
rifiuti e come tali possono generare problemi di carattere
ambientale in ragione dei materiali pericolosi usati nella
costruzione delle batterie.
I rischi connessi allo smaltimento delle batterie esauste sono
dovuti alla diffusione nell’ambiente di tali materiali pericolosi,
sia attraverso l’incenerimento (emissioni in atmosfera e ceneri
residue degli inceneritori) sia attraverso il deposito in discarica.
La storia
Oggi è molto facile usare questa corrente elettrica spesso
racchiusa in piccoli oggetti senza pensare che la sua nascita
ha richiesto anni di studio e racchiude in se le leggi fondamentali
dell’elettrochimica.
Infatti la “pila” fu inventata nel 1799 da Alessandro Volta
all’età di 54 anni, e con essa fu possibile, per la prima volta,
avere a disposizione una vera corrente elettrica fluente in modo
continuo in un circuito; si aprì così la strada a quelle esperienze
d'elettrologia che dovevano portare così copiosi e importanti
frutti. Le famose esperienze di Volta prendono le mosse da
altre eseguite dall'anatomista Galvani.
Volta attribuì la forza elettromotrice (f.e.m.) presente nelle
esperienze al contatto fra due metalli diversi e provò che la
f.e.m. è diversa secondo i metalli e la temperatura del giunto
fra di essi, mentre non dipende dalle dimensioni del contatto.
In questo campo le prime esperienze furono fatte da Volta con
l'elettroscopio condensatore, un
elettroscopio a foglie d'oro
in cui la solita pallina superiore era sostituita da
un disco con la superficie
superiore verniciata, al di
sopra del quale si ap-
poggiava un altro disco isolante. Il pregio di una disposizione
del genere è quello di mettere in evidenza cariche elettriche
piccolissime quando, caricato l'elettroscopio, si sollevi il disco
superiore e quindi si riduca la capacità presentata dai due dischi
affacciati. Le esperienze venivano eseguite caricando con
l'elettroscopio mediante una piccola lamina fatta saldando
insieme un pezzo di zinco e uno di rame. La pila verrà poi
perfezionata dal fisico francese Antoine Bequerel (1788-1878).
Di Volta si ricorda anche l'elettroforo e la "pistola", che metteva
in evidenza la violenta combinazione chimica che avviene fra
opportuni gas (come l'idrogeno e l'ossigeno in giuste proporzioni) sotto l'azione di una scintilla, in questo caso elettrica.
Da lui prende il nome l’unità di misura della tensione nel sistema
internazionale Volt (V).
Batterie al litio-ione
Le batterie al litio, messe in commercio agli inizi degli anni
Novanta, hanno densità energetica, numero di cicli di caricascarica e prestazioni in scarica molto maggiori rispetto a quelle
possedute dalle sorgenti energetiche precedentemente descritte,
ma sfortunatamente anche costi molto più elevati.
Queste batterie quando vengono costruite sono completamente
scariche; è necessario quindi imporre dall'esterno un potenziale
adeguato per trasferire litio da un comparto (LiCoO2) all'altro
(grafite) prima di poter utilizzare la fonte energetica. Questi
dispositivi possono facilmente perdere le loro caratteristiche
quando sia il potenziale di scarica sia quello di carica non viene
attentamente controllato.
Questo tipo di batterie possono utilizzare due differenti famiglie
di elettroliti. La prima costituita da soluzioni non acquose di
solventi a elevata costante dielettrica (carbonato di propilene,
carbonato di etilene, dimetilsolfossido ecc.) nei quali vengono
disciolti sali di litio (LiPF6, LiBF4, LiClO4 e LiAsF6) e
successivamente aggiunti altri composti organici
(tetraidrofurano, dietilcarbonato ecc.) per avere basse viscosità
e incrementare la conducibilità ionica delle soluzioni. La seconda
costituita da polimeri litio conduttori ottenuti immobilizzando
soluzioni di sali di litio in opportune matrici polimeriche gelificate.
Come sono fatte le batterie ricaricabili
L’evoluzione tecnologica portò a creare pile di dimensioni
sempre più piccole e ricaricabili grazie alle caratteristiche
chimiche di alcuni metalli.
Esistono batterie primarie e secondarie. Sono fonti energetiche
primarie quelle che una volta utilizzate non possono essere più
ricaricate, mentre sono definite fonti energetiche secondarie
quelle che possono essere ricaricate.
A queste ultime appartengono le batterie NiMH (nichel-idruri)
e quelle al litio.
Batterie NiMH
Le batterie NiMH sono un'evoluzione di quelle nichel-cadmio
(Ni-Cd) e rispetto a queste ultime presentano il vantaggio di
avere maggiore densità energetica (Wh/kg o Wh/dm3), circa
il 30-40% in più, e di aver eliminato gli inconvenienti dovuti
all'uso di metalli pesanti.
Le diverse tipologie di batterie ricaricabili
TIPOLOGIA CELLA
Ni-Cd
Ni-MH
Li-ion
Polimeri di Litio
Densità energetica (Wh/Kg)
50
75
100
175
Ciclo vitale (n° cariche/scariche)
1500
500
300-700
600
Tempo di carica veloce
1-1/2h
2-3h
3-6h
8-15h
Autoscarica (%/giorno)
1%
3-10%
1-2%
molto bassa
Voltaggio nominale cella
1.25V
1.25V
3.6V
2.7V
Corrente di scarica
molto alta
media
alta
bassa
Giorni per le massime prestazioni
30
90
N/D
N/D
Costo
basso
medio
molto alto
alto
Disponibilità tecnica del prodotto
1970
1985
1995
2000
Tutto questo è racchiuso in involucri di ferro feltro e plastica per salvaguardare la batteria da urti e da possibile interferenze con
l’esterno.
Le percentuali in peso di una singola batteria (valori medi)
PRODOTTO
Peso %
Plastica mista
20
Parti metalliche
40
Feltro
Idruri metallici
Carbone
Ossidi di nichel
3
20
7
10
L’utilizzo e la corretta gestione
Il forte incremento di batterie ricaricabili nel circuito dei rifiuti
sono strettamente riconducibili all’avvento dei cellulari il cui
trend di crescita negli ultimi anni è in fortissimo aumento. Solo
negli Stati Uniti si è passati da 128 milioni di cellulari nel 2001
a 150 milioni nel 2002; più di 260 milioni i cellulari in circolazione
in Europa nel 2002.
La risposta è la raccolta differenziata
Questa è la stessa domanda che si è fatta Tred Carpi, società
costituita da AIMAG S.p.a. e REFRI S.r.l. specializzata nel
recupero e trattamento dei R.A.E.E. (Rifiuti di Apparecchiature
Elettriche ed Elettroniche).
Tred Carpi con la collaborazione della Provincia di Modena ed
il Comune Carpi ha predisposto un sistema di informazione, di
raccolta e di trattamento delle batterie di telefoni cellulari e di
elettroutensili chiamato reENERGY.
Il sistema reENERGY proposto da Tred Carpi si basa su una
rete di contenitori selettivi per la raccolta delle batterie di telefoni
cellulari e di elettroutensili, che vengono collocati presso i punti
vendita della grande distribuzione nonché presso le isole
ecologiche. Questo rifiuto particolare, raccolto in modo
differenziato, non andrà a mescolarsi con il rifiuto urbano ma
seguirà la via del trattamento e del recupero presso l’impianto
Tred Carpi.
Contenitori selettivi per la raccolta differenziata delle batterie
di telefoni cellulari ed elettroutensili.
Il numero delle batterie ricaricabili dismesse di telefoni cellulari
è in costante aumento.
Se si considera che la vita media di un cellulare è di 18 mesi
e che le nuove tecnologie (quali la trasmissione di immagini,
filmati, collegamenti ad internet) stanno trasformando il cellulare
in un vero e proprio terminale multimediale sempre più utilizzato,
si prevede che nei prossimi anni oltre 130 milioni di telefonini
andranno ad aggiungersi alla mole di rifiuti prodotti. Tali cellulari
contengono batterie che dovranno trovare una corretta modalità
di smaltimento.
Infatti, come è facile intuire dalle caratteristiche chimiche in
gioco, le sole batterie sono un piccolo e complesso contenitore
di materiali che possono causare danni irreparabili se disperse
nell’ambiente. Allora perché non recuperarle?