Progettare una second life per le batterie agli ioni di litio che non possono più essere utilizzate per l’autotrazione, ma che possono risultare utili come accumulatori in altri settori. Recuperare componenti di altro valore aggiunto dal materiale catodico dalle batterie che invece sono destinate irrecuperabili, e per tanto destinate allo smaltimento. Implementare nuove tecnologie, rispetto ai modelli in circolazione, per incrementarne le prestazioni in termini energetici, di potenza, di durata, di eco sostenibilità e di sicurezza, ad esempio con la sintesi di nano-materiali. Ecco, questi sono dei task che l’Università della Basilicata ha portato avanti nel contesto del progetto di R&D Mobas 4.0 (acronimo di “Mobilità sOstenibile in BASilicata 4.0”), uno dei dieci co-finanziati nel 2021 dalla Regione Basilicata (nell’ambito dell’asse I – ricerca, innovazione e sviluppo tecnologico del Po Fers 2014-2020, azione 1B.1.2.1.). il progetto è stato realizzato con il contributo dell’Unione Europea. L’Università della Basilicata è organizzata in sei strutture primarie (quattro Dipartimenti e due Scuole), grazie alla sua presenza nelle due città capoluogo, agisce su tutto il territorio regionale. L’Ateneo ha tra i suoi obiettivi la crescita delle persone e del territorio ed è, quindi, impegnata in attività di trasferimento tecnologico per sostenere e promuovere le azioni di valorizzazione dei risultati della ricerca, favorendo lo scambio di conoscenze e competenze tra il mondo accademico e quello imprenditoriale.
L’obiettivo di Mobas 4.0 era quello di sviluppare nuove soluzioni tecnologiche legate al settore automotive per migliorare i servizi della mobilità sostenibile pubblica e privata, e per creare i presupposti di una rafforzata competitività del sistema produttivo della Basilicata. Così, le attività di ricerca e sviluppo sperimentale hanno riguardato la pianificazione delle “colonnine” di ricarica per le auto green; una piattaforma e delle App per prenotare le corse del trasporto pubblico locale; una “carrozzina” per disabili geolocalizzata, sensorizzata per evitare ostacoli e per raccogliere informazioni sullo stato di salute degli utenti; un prototipo di bus elettrico dotato di intelligenza artificiale. Le attività di UniBas relative alle batterie agli ioni di litio rientrano in questo quadro. (Per maggiori informazioni sul progetto Mobas 4.0, leggere questo articolo di Industria Italiana).
Le attività di Mobas 4.0 hanno avuto inizio nel gennaio 2022 e sono terminate nel dicembre 2023. Al di là di UniBas, Mobas 4.0 è stato partecipato da altri soggetti importanti. Capofila del progetto era la C.o.m. Società Cooperativa Officine Meccaniche di Palazzo San Gervasio (Potenza); sono stati della partita la cooperativa di ingegneri elettronici Coing di Matera, iI Consorzio Train “Consorzio per la ricerca e lo sviluppo di tecnologie per il TRAsporto INnovativo” di Rotondella (Matera), il Gruppo Digimat di Matera (aerospaziale, Ict), l’Enea, la start-up innovativa Luxant (trasformazione digitale, sempre a Matera), e la Plasticform di San Nicola – Melfi (Potenza). Ne abbiamo parlato con Angela De Bonis, docente al dipartimento di Scienze all’Università della Basilicata.
D: Per quali motivazioni UniBas ha aderito a Mobas?
R: L’Università è da sempre interessata a applicare le conoscenze e le competenze acquisite nella ricerca scientifica per sostenere progetti e iniziative che promuovono uno sviluppo sostenibile e il miglioramento della qualità della vita. L’attenzione a questi temi e la presenza in Ateneo di ricercatori che si occupano in vario modo di mobilità sostenibile ha portato l’Ateneo stesso ad aderire al Cluster Lucano Automotive, all’interno del quale nasce il progetto Mobas. La partecipazione al progetto nasce dunque da un lato dal desiderio di promozione di soluzioni di mobilità che siano efficienti ed ecologiche a beneficio particolare della comunità locale e dall’altro è un’opportunità per mettere in pratica il concetto di trasferimento tecnologico, ovvero la condivisione delle conoscenze scientifiche e tecnologiche con il settore imprenditoriale locale. In sintesi, l’adesione dell’Università a Mobas deriva dalla sua missione di contribuire allo sviluppo sostenibile del territorio attraverso la ricerca, l’innovazione e la collaborazione con la comunità e le imprese locali.
D: Quali sono le competenze che UniBas può mettere a disposizione?
R: Il gruppo di ricerca di cui faccio parte ha una esperienza pluriennale nello sviluppo di soluzioni innovative per materiali avanzati per applicazioni nel campo delle batterie Li-ione (batterie che sfruttano la chimica del litio per immagazzinare e rilasciare energia. Le batterie Li-ion sono leggere e hanno una densità energetica elevata, il che le rende ideali per dispositivi portatili come telefoni cellulari, laptop e dispositivi elettronici personali. A differenza di altre ricaricabili, le batterie Li-ion non soffrono dell’effetto memoria: ciò significa che non è necessario scaricarle completamente prima di ricaricarle, consentendo un uso più flessibile; Ndr). La consolidata rete di rapporti nazionali ed internazionali e la continua interlocuzione con i ricercatori che si occupano di questa tematica ci consente di sviluppare una ricerca di frontiera in questo settore. D’altro canto la disponibilità dei laboratori dell’UniBas, dotati di attrezzature avanzate, è un indispensabile supporto per lo sviluppo e la sperimentazione di soluzioni innovative.
D: L’Università della Basilicata coordina il WP6. In cosa consiste questa attività di coordinamento?
Alle attività del WP6 prendono parte, oltre all’UniBas, anche Enea ed il consorzio Train. Per alcune specifiche attività, inoltre si è ricorso alla consulenza di ricercatori che fanno parte del Consorzio Gisel, Centro di Riferimento Nazionale per i Sistemi di Accumulo Elettrochimico di Energia. Il coordinamento consiste dunque nella supervisione delle specifiche attività, attraverso un costante e continuo confronto con i responsabili dei diversi partner coinvolti sia nel WP6 che nelle altre attività del progetto.
D: In particolare nel WP6 UniBas si occupa di sviluppare metodologie che consentano di minimizzare l’impatto ambientale delle batterie esauste sia individuando procedure ecologicamente sostenibili per il recupero dei metalli ad alto valore economico dai materiali catodici di celle esauste, sia individuando un protocollo che consenta di caratterizzare le prestazioni delle singole celle a fine vita, in maniera tale che possano essere riutilizzate in sistemi di accumulo in un’ottica di second life. Ce ne parla? Cosa si è realizzato in concreto?
R: La crescente produzione di batterie Li-ione, trainata dall’ampliamento del mercato dei veicoli elettrici, anche in virtù dell’evoluzione normativa che richiede l’utilizzo di fonti energetiche non fossili, implica anche la necessità di smaltire enormi quantità di rifiuti. A seconda della tipologia di utilizzo e conseguentemente delle prestazioni residue della batteria (quello che tecnicamente si chiama State of Health – SoH) si aprono diverse strade per la rivalutazione del valore residuo delle batterie. Quelle che non possono più essere utilizzate per autotrazione possono ancora essere usate come accumulatori (“second life”) ed in questo ambito ci siamo occupati di definire i parametri elettrochimici e chimico fisici che permettono di stabilire quali sono le condizioni ottimali di utilizzo della batteria e quale è il momento migliore (sempre in termini di prestazioni residue) per destinare la batteria ad un utilizzo differente. Batterie che hanno prestazioni insufficienti per essere usate come accumulatori sono destinate invece allo smaltimento. A questo proposito sono state proposte alcune metodologie di recupero di componenti ad alto valore aggiunto da materiale catodico, metodologie che non prevedono o limitano l’uso di solventi tossici quali, ad esempio il Direct Recycling e l’uso di Deep Eutectic Solvents (Des). Tra gli obiettivi del WP6 c’è anche l’implementazione di nuove tecnologie e materiali rispetto allo stato dell’arte delle batterie commerciali, al fine di aumentarne le prestazioni in termini energetici, di potenza, di durata, di eco sostenibilità e di sicurezza. In particolare, allo stato attuale il separatore in una cella Li-ione è solo un materiale polimerico poroso che distanzia gli elettrodi ed ha un’elevata bagnabilità alla soluzione elettrolitica: esso ha un ruolo essenzialmente passivo. Il contributo di ricerca si inserisce nello sviluppo di separatori polimerici compositi con materiali inorganici al fine di implementarne le proprietà funzionali. Nel Laboratorio di Chimica Fisica Laser sono stati messi a punto protocolli di sintesi di materiali nano strutturati anche mediante tecniche di ablazione laser che hanno permesso di proporre una serie di soluzioni che mirano da un lato ad arricchire i separatori polimerici con funzionalità in grado di mitigare i fenomeni di degrado irreversibile, che inevitabilmente avvengono all’interno delle celle elettrolitiche, e dall’altro a sostituire l’elettrolita liquido con un elettrolita solido per migliorare le prestazioni delle celle in termini di sicurezza. I risultati ottenuti sono stati presentati a congressi nazionali ed internazionali ed hanno portato alla pubblicazione di due lavori su riconosciute riviste scientifiche internazionali.
D: Quali risultati vi attendete da Mobas?
R: I risultati attesi sono quelli previsti nella proposta progettuale. In particolare per quanto riguarda la nostra unità, da una parte porre le basi per la creazione di un know-how diffuso sulla gestione della second life e successivo recupero di materiale ad alto valore da batterie esauste, dall’altra proporre soluzioni innovative per la realizzazione di sistemi di accumulo che siano sempre più sicuri ed ecologicamente compatibili.
D: Qual è il rapporto tra università e industria in Basilicata? Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di operare in questo territorio?
R: L’Ateneo lucano è costantemente coinvolto in progetti con le imprese della regione, consolidando e ampliando la ‘rete’ creata nel corso degli anni. Questo impegno, con la partecipazione di tutti, mira a contribuire positivamente allo sviluppo del territorio, apportando benefici significativi in termini di ricerca, innovazione e sviluppo di competenze. L’operare in una regione del Mezzogiorno presenta le sue sfide, ma costituisce anche una motivazione costante per dare sempre il massimo. D’altra parte, coloro che sono attivi nella ricerca sono costantemente immersi in una rete di relazioni internazionali che supera i confini regionali.
