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Gli ingegneri del MIT riciclano le vecchie batterie in celle solari

2021-06-16
TEMI:
Tecnologia delle batterie, tecnologia verde, scienza dei materiali, fotovoltaico, celle solari
Di DAVID L. CHANDLER, ISTITUTO DI TECNOLOGIA DEL MASSACHUSETTS 18 AGOSTO 2014



Gli ingegneri del MIT riciclano materiali di scarto pericolosi dalle batterie delle auto scartate, rivelando che il piombo di una singola batteria per auto potrebbe produrre abbastanza pannelli solari per fornire energia a 30 famiglie.

Questa potrebbe essere una classica soluzione vantaggiosa per tutti: un sistema proposto dai ricercatori del MIT ricicla i materiali dalle batterie delle auto scartate - una potenziale fonte di inquinamento da piombo - in nuovi pannelli solari di lunga durata che forniscono energia senza emissioni.

Il sistema è descritto in un articolo sulla rivista Energy and Environmental Science, scritto dai professori Angela M. Belcher e Paula T. Hammond, dallo studente laureato Po-Yen Chen e da altri tre. Si basa su un recente sviluppo nelle celle solari che fa uso di un composto chiamato perovskite - in particolare, perovskite di alogenuro di piombo - una tecnologia che è progredita rapidamente dagli esperimenti iniziali fino a un punto in cui la sua efficienza è quasi competitiva con quella di altri tipi di celle solari.

"È passato dalle dimostrazioni iniziali a una buona efficienza in meno di due anni", afferma Belcher, il W.M. Keck Professore di Energia al MIT. Le celle fotovoltaiche a base di perovskite hanno già raggiunto un'efficienza di conversione dell'energia superiore al 19%, che è vicina a quella di molte celle solari commerciali a base di silicio.

I ricercatori del MIT mostrano come riciclare i materiali delle vecchie batterie delle auto in nuovi pannelli solari.

Le descrizioni iniziali della tecnologia della perovskite hanno identificato l'uso del piombo, la cui produzione da minerali grezzi può produrre residui tossici, come uno svantaggio. Ma utilizzando piombo riciclato da vecchie batterie per auto, il processo di produzione può invece essere utilizzato per deviare materiale tossico dalle discariche e riutilizzarlo in pannelli fotovoltaici che potrebbero continuare a produrre energia per decenni.

Sorprendentemente, poiché il materiale fotovoltaico perovskite assume la forma di una pellicola sottile spessa solo mezzo micrometro, l'analisi del team mostra che il piombo di una singola batteria per auto potrebbe produrre abbastanza pannelli solari per fornire energia a 30 famiglie.

Come ulteriore vantaggio, la produzione di celle solari in perovskite è un processo relativamente semplice e benigno. "Ha il vantaggio di essere un processo a bassa temperatura e il numero di passaggi è ridotto" rispetto alla produzione di celle solari convenzionali, afferma Belcher.

Questi fattori contribuiranno a rendere "facile arrivare su larga scala a basso costo", aggiunge Chen.

Accumulo della batteria in anticipo

Una motivazione per utilizzare il piombo nelle vecchie batterie per auto è che la tecnologia delle batterie sta subendo rapidi cambiamenti, con nuovi tipi più efficienti, come le batterie agli ioni di litio, che stanno rapidamente conquistando il mercato. "Una volta che la tecnologia delle batterie si evolverà, oltre 200 milioni di batterie al piombo-acido verranno potenzialmente ritirate negli Stati Uniti e ciò potrebbe causare molti problemi ambientali", afferma Belcher.

Oggi, afferma, il 90 percento del piombo recuperato dal riciclaggio di vecchie batterie viene utilizzato per produrre nuove batterie, ma nel tempo è probabile che il mercato delle nuove batterie al piombo-acido diminuisca, lasciando potenzialmente una grande scorta di piombo senza evidenti applicazione.

In un pannello solare finito, lo strato contenente piombo sarebbe completamente incapsulato da altri materiali, come lo sono oggi molti pannelli solari, limitando il rischio di contaminazione da piombo dell'ambiente. Quando i pannelli verranno ritirati, il piombo può essere semplicemente riciclato in nuovi pannelli solari.

"Il processo per incapsularli sarà lo stesso delle celle polimeriche di oggi", afferma Chen. â€Quella tecnologia può essere facilmente tradotta.â€

"È importante considerare i cicli di vita dei materiali nei sistemi energetici su larga scala", afferma Hammond. "E qui crediamo che l'assoluta semplicità dell'approccio sia di buon auspicio per la sua implementazione commerciale".

Il vecchio piombo è come nuovo

Belcher crede che le celle solari di perovskite riciclata saranno abbracciate da altri ricercatori nel campo del fotovoltaico, che ora possono mettere a punto la tecnologia per la massima efficienza. Il lavoro del team dimostra chiaramente che il piombo recuperato dalle vecchie batterie è altrettanto buono per la produzione di celle solari in perovskite quanto il metallo appena prodotto.

Alcune aziende si stanno già attrezzando per la produzione commerciale di pannelli fotovoltaici in perovskite, che altrimenti potrebbero richiedere nuove fonti di piombo. Poiché ciò potrebbe esporre minatori e fonderie a fumi tossici, l'introduzione del riciclaggio potrebbe invece fornire benefici immediati, afferma il team.

Yang Yang, un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università della California a Los Angeles che non è stato coinvolto in questa ricerca, dice: "Wow, che documento interessante, che trasforma i rifiuti di un sistema in una risorsa preziosa per altro! Penso che il lavoro dimostrato qui … possa risolvere un grosso problema di rifiuti industriali e fornire una soluzione per le future energie rinnovabili.â€

Il lavoro, che includeva anche il ricercatore Jifa Qi, lo studente laureato Matthew Klug e il postdoc Xiangnan Dang, è stato sostenuto dalla società energetica italiana Eni attraverso il MIT Energy Initiative.

Pubblicazione: Po-Yen Chen, et al., "Fabbricazione ecologicamente responsabile di celle solari in perovskite efficienti da batterie per auto riciclate", Energy & Environmental Science, 2014; DOI: 10.1039/C4EE00965G