Ingredienti nocivi nelle batterie: Regolamenti di controllo

Le batterie come dispositivi di accumulo di energia sono praticamente onnipresenti e vengono utilizzate come batterie di avviamento, in apparecchiature industriali, ma anche in oggetti di uso quotidiano come computer portatili, torce ecc. La domanda di batterie - che comprende anche le batterie ricaricabili - è enorme. A causa dell'estrema richiesta di materie prime utilizzate per l'accumulo di elettricità, in alcuni casi queste stanno già diventando scarse e di conseguenza più costose. Per questo motivo, sono in corso ricerche intensive per sostituire materiali scarsi o addirittura rari con altri più comuni. Inoltre, alcuni ingredienti delle batterie sono dannosi per la salute o addirittura tossici. Anche in questo caso, la scienza è alla ricerca di sostituti non problematici. Esistono infatti promettenti approcci di ricerca per le batterie al sale, le batterie solide o quelle che possono addirittura essere compostate dopo l'uso.

Cosa c'è dentro una batteria?

Tuttavia, potrebbe passare del tempo prima che i tipi di batteria oggi più diffusi vengano sostituiti da altri più sostenibili. È quindi importante dare un'occhiata più da vicino ai sistemi di accumulo dell'elettricità oggi disponibili. In Svizzera viene venduta un'ampia varietà di modelli di batterie, principalmente dai principali distributori. Si differenziano, ad esempio, per i materiali utilizzati. Molte sono basate sullo zinco-manganese. Ma possono anche contenere ossido di argento, nichel, litio, solfuro di ferro, alluminio, piombo e cadmio. Sia in Svizzera che nell'UE, il commercio e la vendita di batterie contenenti mercurio (sostanza chimica: Hg) o cadmio (Cd) sono severamente limitati. Il valore limite è di 5 mg/kg per il mercurio nelle batterie e di 20 mg/kg per il cadmio. Per il piombo, si applica un obbligo di dichiarazione sulla batteria o sull'imballaggio a partire da una frazione di massa superiore a 40 mg/kg.

Ma a cosa servono le norme se non è possibile verificarne il rispetto? Fino a poco tempo fa, infatti, non esisteva alcun modo per verificare la conformità in Svizzera; semplicemente non esisteva un metodo affidabile e riconosciuto per determinare con precisione gli elementi nominati nelle batterie.

Ho imparato molto sulle batterie

Un team del dipartimento di ricerca Advanced Analytical Technologies dell'Empa, guidato dal chimico Renato Figi, è stato quindi incaricato dall'Ufficio federale dell'ambiente di sviluppare un metodo per analizzare i metalli pesanti mercurio, piombo e cadmio in vari tipi di batterie. Un compito che si è rivelato non così semplice. Infatti, a differenza di molti oggetti, che possono essere semplicemente frantumati e poi gli elementi chimici in una soluzione analizzata da vari spettrometri per analizzarne il contenuto, le batterie non devono essere semplicemente sminuzzate. Anche il tentativo di aprire un accumulatore di energia può essere molto pericoloso. Più volte si sono verificati incidenti in cui le batterie sono esplose a causa di tali manipolazioni.

Claudia Schreiner non poteva esporsi a questo pericolo nel laboratorio dell'Empa. Si è quindi rivolta a un collega dell'Empa, specialista nel campo delle batterie e dei loro pericoli. Marcel Held del dipartimento "Transport at Nanoscale Interfaces" le ha consigliato innanzitutto di scaricare accuratamente tutte le batterie da esaminare. Solo allora si dovrebbe osare guardare alla "vita interna" di una batteria.

Ma non tutte le batterie sono uguali. Esistono innumerevoli design diversi. Anche se una batteria sembra una gemella dall'esterno, la struttura interna può differire in modo significativo!

E durante il lavoro è emerso un altro aspetto: Le sostanze potenzialmente pericolose non si trovano sempre dove ci si aspetterebbe di trovarle. Possono essere trovate anche in involucri apparentemente innocui.

Regolamenti di controllo

Ma il minuzioso lavoro in laboratorio ha dato i suoi frutti: con l'innovativo metodo dell'Empa è ora possibile determinare in modo affidabile gli ingredienti delle comuni batterie in tracce. Per l'analisi, le batterie devono essere prima scaricate e poi separate. I vari componenti dei diversi tipi di batterie vengono selezionati e poi sciolti mediante bollitura sotto pressione con una miscela di acidi. In questo modo, i metalli pesanti vengono disciolti e possono essere determinati spettroscopicamente.

Il metodo consente ora di monitorare il rispetto delle norme vigenti. Il metodo viene utilizzato dall'UFAM nell'ambito di un'ampia campagna. Per garantire che i campioni casuali dei diversi tipi di batterie forniscano un quadro il più possibile rappresentativo, nel corso dell'anno vengono selezionate circa 80 batterie diverse, che vengono poi analizzate dall'Empa.

Il laboratorio cantonale di Zurigo è responsabile della campagna. I risultati sono attesi per il 2024.