VRFB

La fase di assemblaggio mostra le seguenti proporzioni tra gli impatti dei vari processi:

Fig 6.1 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio

Dove i colori sono così assegnati, dal basso verso l’alto:

 Verde per la membrana al Nafion;

 Arancione per la piastra bipolare;

 Verde chiaro per l’elettrodo a base di PAN;

 Giallo per il collettore di corrente;

 Azzurro per la guarnizione FKM;

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 Rosso bordeaux per lo stack frame;

 Rosso mattone per l’elettrolita;

 Viola per il contenitore dell’elettrolita;

 Grigio per le pompe;

 Rosa per le tubazioni;

 Fuxia per l’assemblaggio dell’elettrolita;

 Blu acqua per l’assemblagio dello stack;

 Lilla per l’assemblaggio del tank;

 Verde per l’assemblaggio della periferia;

 Arancione per il trasporto su rotaia;

 Blu per il trasporto su gomma;

 Verde per l’elettricità assorbita in media tensione.

Fig 6.2 – Caratterizzazione degli impatti nella fase di assemblaggio

La valutazione dei danni, raggruppata nelle 3 macro categorie, per produzione e smaltimento delle batterie a flusso di vanadio dà la seguente proporzione:

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Fig 6.3 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio e smaltimento

In questo caso si è considerato il solo smaltimento senza riutilizzo dei materiali ricavati dal riciclo e si ha che per la salute umana e dell’ecosistema è più impattante la fase di smaltimento, rispettivamente 59% e 58%, mentre per il valore delle risorse impiegate la fase di produzione impatta per il 56% circa del totale.

La caratterizzazione che ne consegue è la seguente:

Fig 6.4 – Caratterizzazione degli impatti nella fase di assemblaggio e smaltimento

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Fig 6.5 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio e smaltimento con riuso

Salta subito all’occhio che gli impatti della fase di assemblaggio restano positivi mentre quelli riguardanti lo smaltimento e il riuso sono negativi. Questo fatto è da imputare alla composizione della batteria e alle caratteristiche intrinseche del suo elettrolita: il pentossido di vanadio è un elemento chimicamente stabile e, essendo in un ambiente dove avvengono solamente reazioni tra ioni di vanadio, non è soggetto a degradazione col tempo. Inoltre se la temperatura operativa viene mantenuta costantemente sotto i 35°C non si ha formazione né di impurità né di precipitati, rendendolo utilizzabile potenzialmente all’infinito. Va da sé che questo porta all’eliminazione di molteplici impatti ambientali, come si evince dalle tabelle sottostanti:

 Per quanto riguarda sia salute umana che l’ecosistema, l’impatto negativo che dà il maggior contributo è il non consumo di acqua negli impianti a turbina per l’alimentazione delle fabbriche atte alla produzione e alla lavorazione di nuovo elettrolita e la non emissione in ambiente di diossido di zolfo, tipicamente emesso dalle fabbriche che utilizzano del calore estratto da combustibile fossile per le lavorazioni;

 Per quanto riguarda le risorse, i valori che costituiscono circa il 90% del valore negativo sono dati dal risparmio di petrolio e gas naturale per estrazione, trasporto e lavorazione delle materie prime. Si noti come il consumo di vanadio incide comunque positivamente per circa il 5%, a causa dell’efficienza di recupero posta pari al 80% che portano comunque allo smaltimento di parte dell’elettrolita.

Per completezza si riporta di seguito la caratterizzazione nelle sotto categorie di impatto, a riprova che se i materiali ottenuti dalla lavorazione dei rifiuti vengono riutilizzati per un secondo ciclo di vita si arriva ad avere una diminuzione dell’impatto globale della batteria per ogni singola categoria considerata.

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Fig 6.6 – Caratterizzazione degli impatti nella fase di assemblaggio e smaltimento con riuso

6.1.2 LFP

Le batterie al litio che sfruttano la tecnologia al ferro-fosfato presentano i seguenti impatti nella fase di assemblaggio:

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Fig 6.8 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio

Dove i colori rappresentano, dal basso verso l’alto:

 verde per l’elettrodo positivo;

 verde chiaro per l’elettrodo negativo;

 arancione per il separatore;

 azzurro per l’elettrolita;

 rosso bordeaux per il cell container;

 rosso per il packaging;

 viola per il BMS;

 grigio per il rame;

 lilla per i componenti in acciaio;

 nero per le componenti in plastica;

 grigio l’elettricità in media tensione;

 bianco e fuxia per il calore direttamente da centrali termiche;

 azzurro acqua per il trasporto su gomma;

 rosa per il trasporto su rotaia.

Ora è possibile confrontare il ciclo di vita, suddividendo gli impatti nelle 3 macro sezioni di endpoint: l’assemblaggio incide per il 40% degli impatti sulla salute umana, per il 39% sull’alterazione dell’ecosistema e per il 38% sulle risorse utilizzate, mentre la parte di trattamento dei rifiuti e smaltimento delle materie ottenute contribuisce per il restante 60-61-62%. La parte più consistente dell’inquinamento è anche qui data dalla fase dello smaltimento.

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Fig 6.9 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio e smaltimento

Fig 6.10 – Caratterizzazione degli impatti nella fase di assemblaggio e smaltimento

Andando ora a considerare la fase di riutilizzo delle materie prime ricavate dal trattamento dei rifiuti per un secondo ciclo di vita, si ottiene che l’impatto di questa fase risulta negativo nel complesso, per ognuna delle 3 categorie:

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Fig 6.11 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio e smaltimento con riuso

Andando a caratterizzare gli impatti per ogni tipologia si nota come con il riuso si va a diminuire l’impatto complessivo della batteria in tutte le categorie d’impatto, anche se per alcune di queste l’impatto resta comunque positivo (ecotossicità terrestre e delle acque e agenti tossici non cancerogeni per l’uomo): significa che la parte del riuso va a diminuire l’impatto rispetto al semplice smaltimento dei rifiuti ma a causa dell’elevato consumo energetico per il recupero delle materie prime (per es. processo idrometallurgico e pirometallurgico).

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6.1.3 NCM

Anche in questo caso si passa ad analizzare innanzitutto la singola fase di assemblaggio, sia per gli impatti sui singoli indicatori di midpoint che sui 3 indicatori generali di endpoint:

Fig 6.13 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio

Fig 6.14 – Caratterizzazione degli impatti nella fase di assemblaggio

Dove anche in questo caso i colori stanno a simboleggiare, dal basso verso l’alto:

 verde per l’elettrodo positivo;

 verde chiaro per l’elettrodo negativo;

 arancione per il separatore;

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 rosso bordeaux per il cell container;

 rosso per il packaging;

 viole per il BMS;

 grigio per il rame;

 lilla per i componenti in acciaio;

 nero per le componenti in plastica;

 grigio l’elettricità in media tensione;

 bianco e fuxia per il calore direttamente da centrali termiche;

 azzurro acqua per il trasporto su gomma;

 rosa per il trasporto su rotaia.

Le batterie al litio-nichel-cobalto-manganese mostrano la seguente proporzione tra impatti dovuti alla fase di assemblaggio e quella di smaltimento: la fase più impattante è ancora lo smaltimento, che incide per il 61% del totale sulla salute umana e per il 63% circa sull’ecosistema globale e lo sfruttamento di risorse.

Fig 6.15 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio e smaltimento

La caratterizzazione delle varie categorie specifiche d’impatto mostra come tutti gli indicatori oscillino uniformemente attorno alla media dei risultati esposti, è corretto notare come la fase di assemblaggio ha un picco del 56% di incidenza nella categoria delle radiazioni ionizzanti, a causa delle lavorazioni di rame e alluminio, mentre ha un impatto sotto la media (26% circa) per la categoria della distruzione dell’ozono stratosferico.

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Fig 6.16 – Caratterizzazione degli impatti nella fase di assemblaggio e smaltimento

Integrando la parte del riutilizzo delle materie prime si conferma la tendenza delle due tecnologie sopra descritte in cui l’impatto globale della fase di assemblaggio resta inalterato mentre quello della fase del fine vita ha un impatto globalmente negativo.

Fig 6.17 – Valutazione dei danni nella fase di assemblaggio e smaltimento con riuso

In particolare si evidenzia come l’impatto sia negativo per la maggior parte delle categorie caratterizzanti eccetto l’ecotossicità generale e la tossicità non cancerogena per l’uomo. La diminuzione generale degli impatti dimostra come il riutilizzo delle materie prime ottenute dal trattamento dei rifiuti ha un impatto generalmente benefico sull’ambiente per un duplice motivo:

 previene all’emissione di sostanze inquinanti dovute all’estrazione e alla e alla prima lavorazione di tali materie prime;

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 evita la dispersione in ambiente, lo stoccaggio in discarica o l’incenerimento dei componenti giunti a fine vita.

Fig 6.18 – Caratterizzazione degli impatti nella fase di assemblaggio e smaltimento con riuso