Un partenariato internazionale che sviluppa soluzioni per il recupero di materie prime essenziali dalle tecnologie a idrogeno

Nonostante le restrizioni e le conseguenze dovute al COVID19, il gruppo del progetto BEST4Hy (Soluzioni sostenibili per il riciclo delle tecnologie dell’idrogeno al termine del ciclo di vita) ha portato a compimento con successo i primi sei mesi delle attività di ricerca. Il progetto BEST4Hy si concentra sullo sviluppo e verifica dei processi di riciclo, esistenti e nuovi, per i due tipi di celle a combustibile e i dispositivi a idrogeno: celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEM FC) e cellule a ossido solido (SOC) che includono sia le celle a combustibile (SOFC) che le celle di elettrolisi (SOEC).

Il progetto ha come obiettivo di adattare due processi di riciclo esistenti, già applicati ad altre tecnologie, e di validare un nuovo processo di smontaggio delle PEMFC. Verrà inoltre provata una nuova tecnologia di riciclo per le celle a ossido solido (SOC). Il materiale che verrà ricavato dai processi sarà validato in termini di qualità e prestazione quando verrà riutilizzato in nuovi componenti e in nuove pile, in modo da dimostrare l’efficienza complessiva del riciclo. I produttori di celle a combustibile hanno fissato obiettivi ambiziosi per quanto riguarda il contenuto di elementi riciclati nelle nuove pile/celle, che saranno validati per dimostrare la fattibilità di un ciclo chiuso di riciclo a elevato valore. Verranno inoltre eseguite valutazioni circa l’impatto ambientale e il rapporto costi-benefici delle tecnologie proposte. Ciò promuoverà un utilizzo più efficace delle materie prime, incluse le risorse essenziali, e contribuirà a migliorare il trattamento del ciclo di fine vita delle tecnologie a idrogeno e favorire un approccio economico circolare all’interno del settore..

Durante i primi sei mesi, Hensel Recycling si è concentrata sulla validazione delle tecnologie esistenti e nuove per il riciclo delle membrare a scambio protonico (PEM). Le attività principali sono consistite nello smontaggio manuale delle pile con la rimozione degli strati, delle guarnizioni e degli elettrodi CCM.

È stato inoltre eseguito uno smontaggio meccanico con l’ausilio di un’attrezzatura apposita (trituratore a lame rotanti); questa macchina viene solitamente usata per triturare materiali metallici e compositi ed è ideale per ridurre il volume e separare agevolmente le frazioni.

Tuttavia, i prodotti recuperati non hanno dato piena soddisfazione, poiché nelle frazioni di prodotto recuperate l’inchiostro e la carta carbone si contaminano a vicenda. Per contro, il processo manuale consente la perfetta separazione delle parti. Hensel Recycling si propone di approfondire questo aspetto e continuare a esplorare le possibilità di una frantumazione e separazione meccanica più efficace, modificando le condizioni limite e operando verso l’automazione del processo di smontaggio.

Dall’altro canto, la CEA ha portato avanti il suo lavoro mediante esperimenti basati sulla fase di vapore per separare i diversi componenti delle (MEA). Grazie a questi esperimenti, CEA ha potuto validare i concetti di smontaggio anche per le (MEA) con guarnizioni in fase liquida ad alta pressione. Sarà necessario apportare alcune modifiche sul banco prova per facilitare il percorso preferenziale della fase di vapore attraverso gli strati di diffusione gassosa (GDL).

Per i prossimi mesi è prevista una valutazione del processo ad alta pressione in fase di vapore con una possibile validazione del concetto usando una stack completa di (MEA).

Parallelamente, il gruppo del POLITO ha lavorato alla selezione di tecnologie esistenti per il recupero di celle a ossido solido (SOC). Questa attività si concentra sul recupero di componenti di elettrodi per celle a combustibile con lo scopo di ottenere materiali riciclati per la rifabbricazione di celle. Al momento, POLITO ha iniziato l’attività relativa al recupero selettivo di Ni da Ni-YSZ composito e a questo scopo sono già stati identificati due diversi approcci; il primo si basa sulla lisciviazione tramite soluzioni minerali acide (p.es acido nitrico HNO3) e il secondo che comporta l’uso di EDTA come agente chelante e il suo possibile recupero tramite un processo di lieve acidificazione.

Oltre alla valutazione dell’approccio di recupero più efficace, verrà studiata la combinazione della fase di recupero con il trattamento idrotermico (necessario per disaggregare il componente dell’anodo) per minimizzare il numero di operazioni sequenziali per l’ulteriore traslazione efficace del processo complessivo dal livello di preparazione tecnologica TRL3 a TRL5.

Sono stati altresì studiati processi innovativi per il fine vita di elettrodi gassosi LSC basati sul recupero selettivo di lantanio (terra rara e metallo prezioso) e cobalto (materia prima essenziale). In particolare, il principale risultato ottenuto consiste nella caratterizzazione dei materiali LSC provenienti da celle a combustibile a fine vita e nuove. La separazione meccanica e la macinatura dello strato progressivo dei dispositivi LSC e degli elettrodi gassosi è in fase di ottimizzazione.

Nel frattempo, l’Università di Lubiana sta lavorando su tabelle d’inventario per i costruttori e sullo sviluppo di tecnologie riguardanti il fine vita, per raccogliere informazioni in merito all’analisi del ciclo di vita (LCA) e del costo del ciclo di vita (LCC).

Envipark sta mettendo a punto la composizione del Comitato Consultivo. I membri del Comitato Consultivo confermati per il momento includono i fornitori di materiali per le celle a combustibile, i costruttori di sistemi all’idrogeno, gli utilizzatori nei settori automobilistico e navale, i riciclatori, i centri di ricerca nel campo dell’energia e dell’idrogeno e gli istituti accademici.

Le attività di comunicazione e di divulgazione relative al progetto sono in linea sul sito www.best4hy-project.eu e sui canali sociali LinkedIn e Twitter.

Il consorzio internazionale BEST4Hy è composto da partner internazionali e da istituti di ricerca: Environment Park SpA (Italia), CEA Liten (Francia), Politecnico di Torino (Italia), Hensel Recycling GmbH (Germania), Elringklinger AG (Germania), Aktsiaselts (Estonia), RINA Consulting SpA (Italia) Università di Lubiana (Slovenia)

Il progetto BEST4Hy (soluzioni sostenibili per il riciclo di tecnologie a idrogeno a fine vita) è finanziato da Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking nell’ambito del programma di ricerca Horizon2020 dell’Unione Europea.

Contatti:
Anna Marchisio
a.marchisio@hensel-recycling.com
Hensel Recycling GmbH, Aschaffenburg, Germania

Sabina Fiorot, PhD
sabina.fiorot@envipark.com
Environment Park SpA, Torino, Italia