Da rifiuti a risorse: così Enea ha risolto il problema del silicio, brevettando un processo a basso impatto ambientale per recuperarlo dai pannelli fotovoltaici a fine vita e trasformarlo in un nanomateriale innovativo, utile per lo sviluppo di batterie meno costose, più performanti e durature e utile anche negli impianti di riciclo di pannelli fotovoltaici dismessi e negli stessi stabilimenti di produzione di pannelli fotovoltaici, ad esempio, per recuperare il silicio da pannelli difettosi: “Attualmente il tasso di riciclo del silicio in Europa è pari a zero e per questo risulta estremamente utile poterlo recuperare dai pannelli fotovoltaici dismessi e re-immetterlo in differenti filiere, grazie a tecnologie di recupero a basso impatto ambientale, offrendo una modalità sostenibile di approvvigionamento di questo prezioso materiale”, sottolinea Maria Lucia Protopapa del Laboratorio Materiali funzionali e tecnologie per applicazioni sostenibili del Centro Ricerche Enea di Brindisi. “In questo modo potremo sviluppare materiali alternativi alla grafite, anch’essa materiale critico, attualmente utilizzata nelle batterie commerciali, e rispondere quindi alla domanda crescente di batterie con densità di energia sempre più elevata”.
Enea: "Nuovi materiali per le batterie con silicio recuperato da pannelli fotovoltaici"
Il processo messo a punto da Enea consente di ridurre la polvere di silicio a dimensioni nanometriche utili per l’applicazione nelle batterie al litio e, allo stesso tempo, di eliminare le componenti del silicio ormai ossidate e a bassa conducibilità elettrica. In questo modo il silicio ottenuto, caratterizzato con differenti tecniche diagnostiche e mescolato con altri materiali, viene poi utilizzato per creare un nuovo tipo di anodo, per batterie al litio ad elevata densità di energia.
L’importanza del brevetto nasce dal fatto che il silicio è il materiale semiconduttore di riferimento per la produzione di pannelli fotovoltaici perché consente di convertire l’energia solare in energia elettrica con la massima efficienza e affidabilità. Per le sue molteplici applicazioni nei settori energia, elettronica, metallurgia, fino alla componentistica ad alta tecnologia, il silicio è tra i materiali più strategici al mondo e, pur essendo disponibile in abbondanza in natura, la sua produzione a partire dall’ossido di silicio risulta altamente energivora e ad elevato impatto ambientale.
A livello operativo, dopo la rimozione della cornice di alluminio, del vetro di protezione del pannello, dei cavi e della scatola di giunzione, si procede con un pretrattamento che consiste nella macinazione dei pannelli fotovoltaici. Si ottengono tre diverse frazioni di materiali: frammenti vetrosi, agglomerati di EVA (un materiale plastico vinilico) e una terza frazione composta da scaglie di silicio e strati polimerici, i cosiddetti “solar chips”, da cui, tramite pirolisi, si estrae il silicio.
I test elettrochimici hanno mostrato che il silicio ottenuto con questo processo è in grado di formare leghe con il litio e può quindi essere utilizzato per realizzare anodi ad elevata capacità per batterie dotate di prestazioni migliori rispetto a quelle commerciali realizzate in grafite.
La potenza fotovoltaica installata nel mondo è aumentata esponenzialmente a partire dal 1990 e alla fine del 2022 ha raggiunto 1047 GW (Irena, 2023), con trend in aumento pari a 18.200 GW entro il 2050. Dal momento che il tempo di vita di un pannello fotovoltaico è di circa 25-30 anni, nel 2050 sono previsti su scala mondiale, circa 60-78 milioni di tonnellate di pannelli da smaltire.