Raffinazione e riciclo del litio: l’elettrochimica per la transizione energetica

Il litio non è più soltanto una questione di materia prima. Con la crescita della domanda di mobilità elettrica, storage energetico tramite batterie e sistemi energetici più resilienti, la filiera del litio sta diventando sempre più strategica. La sfida non è solo estrarre più litio, ma anche processarlo in modo più efficiente, trasformarlo in materiali per batterie di alta qualità e, nel lungo periodo, recuperarlo dalle batterie a fine vita.

È qui che la raffinazione e il riciclo del litio diventano essenziali. Entrambi sono passaggi critici per costruire una filiera delle batterie più sicura, scalabile e circolare. Allo stesso tempo, aprono nuove opportunità per l’elettrochimica, che può contribuire a semplificare i processi convenzionali, ridurre l’impiego di reagenti chimici e valorizzare flussi che altrimenti sarebbero difficili da riutilizzare.

Per De Nora, questo rappresenta un ambito naturale di applicazione del proprio know-how industriale. Attraverso la piattaforma di elettrolisi Enso, De Nora applica il salt splitting per convertire sali di litio in idrossido di litio battery-grade, supportando processi di raffinazione e recupero più efficienti e circolari.

Come spiega Michele Sponchiado, Business Development Manager - Energy Transition and Hydrogen Business Unit di De Nora, l’opportunità consiste nell’applicare una competenza elettrochimica già esistente a un’esigenza industriale in forte crescita: «Non partiamo da zero con un processo sviluppato solo per il litio. Il processo esisteva già. Quello che proponiamo è l’utilizzo della nostra apparecchiatura per la conversione di litio cloruro o litio solfato in idrossido di litio».

La crescita del mercato del litio è strettamente collegata a due grandi trend: mobilità elettrica ed energy storage. Le batterie agli ioni di litio sono centrali per entrambi. Sono utilizzate nei veicoli elettrici, ma anche nei sistemi di accumulo che supportano l’integrazione delle energie rinnovabili e contribuiscono a gestire domanda e offerta di elettricità.

Per questo il litio è diventato uno dei materiali chiave della transizione energetica. Il tema non riguarda più soltanto la disponibilità delle risorse di litio; riguarda anche il modo in cui il litio viene estratto, raffinato, convertito in prodotti battery-grade ed eventualmente recuperato dalle batterie usate.

De Nora prevede che la domanda crescerà in modo significativo nel prossimo decennio, con studi che indicano un tasso di crescita annuale composto intorno alla doppia cifra. Come sottolinea Sponchiado, «Quello che prevediamo essere molto forte è la crescita nei prossimi dieci anni, con diversi studi che indicano un CAGR da circa il 9,5% fino al 15%. Stiamo quindi guardando a un mercato chiaramente interessante».

Questa crescita modifica la geografia industriale del litio. Il mercato ha sempre più bisogno non solo di miniere e brine, ma anche di capacità di raffinazione, tecnologie di conversione battery-grade e processi di riciclo in grado di recuperare materiali di valore dalle batterie a fine vita. In questo contesto, la capacità di trasformare flussi contenenti litio in prodotti di alta qualità diventa una parte strategica della battery value chain.

Per De Nora, il focus è sulla fase in cui l’elettrochimica può generare valore: la conversione di sali di litio in idrossido di litio (LiOH), uno dei principali precursori utilizzati nella produzione di batterie agli ioni di litio.

Il litio utilizzato nelle batterie viene principalmente processato in due prodotti chiave: carbonato di litio e idrossido di litio. Entrambi sono importanti, ma sono associati a diverse chimiche di batteria e a diversi requisiti di prestazione.

Il carbonato di litio è ampiamente utilizzato ed è spesso collegato a chimiche come LFP (Lithium Iron Phosphate), generalmente meno costose e impiegate in applicazioni in cui costo, sicurezza e durabilità sono priorità. L’idrossido di litio, invece, è particolarmente rilevante per chimiche catodiche ad alte prestazioni con elevato contenuto di nichel, come NMC (Nickel Manganese Cobalt) e NCA (Nickel Cobalt Aluminium). Queste chimiche sono utilizzate quando sono richieste maggiore densità energetica e prestazioni più elevate.

Questo è uno dei motivi per cui l’idrossido di litio è strategicamente importante per De Nora. La route elettrochimica dell’azienda può produrre LiOH direttamente da sali di litio come cloruro di litio (LiCl) e solfato di litio (Li₂SO₄). In altre parole, l’idrossido di litio non è solo un prodotto rilevante per il mercato: è anche l’output naturale del processo elettrochimico.

Come spiega Sponchiado, «Tra i prodotti che ci interessano maggiormente c’è l’idrossido di litio. Carbonato di litio e idrossido di litio sono entrambi utilizzati come precursori per le batterie, ma l’idrossido di litio è più adatto alle chimiche catodiche con alto contenuto di nichel, quindi alle batterie più performanti».

C’è poi un ulteriore elemento. Se l’idrossido di litio può essere prodotto a un costo competitivo attraverso una route elettrochimica, può diventare anche un intermedio utile per altri prodotti del litio. Il carbonato di litio può infatti essere ottenuto dall’idrossido di litio tramite carbonatazione: questo significa che una produzione di LiOH a basso costo può supportare una maggiore flessibilità nel processing del litio.

La filiera del litio non si conclude con l’estrazione. Una volta ottenuto da brine o da minerali rocciosi, il litio deve essere raffinato e convertito in composti battery-grade. Si tratta spesso di un processo complesso, che coinvolge diversi passaggi chimici, fasi di purificazione, precipitazione, lavaggio e cristallizzazione.

Nel caso del cloruro di litio, che può essere ottenuto da brine come quelle presenti nei depositi salar, la route convenzionale prevede tipicamente diverse trasformazioni chimiche prima della produzione di idrossido di litio. Nel caso del litio solfato, che può derivare dal trattamento di minerali rocciosi come lo spodumene, sono necessari ulteriori passaggi di processo per ottenere idrossido di litio.

È qui che il refining può diventare un collo di bottiglia. Una maggiore domanda di litio richiede maggiore capacità di raffinazione, ma anche processi più efficienti, sostenibili e scalabili. Non basta aumentare l’offerta di materia prima se la catena di conversione a valle resta complessa, intensiva nell’uso di reagenti o difficile da scalare.

Lo stesso vale per il lithium recycling. Man mano che un numero crescente di batterie agli ioni di litio raggiungerà la fine del proprio ciclo di vita, il riciclo diventerà sempre più rilevante per recuperare materiali di valore e ridurre la pressione sulle risorse primarie. Dopo il trattamento dei materiali delle batterie, gli operatori possono ottenere flussi contenenti litio, spesso sotto forma di litio solfato, che possono essere ulteriormente valorizzati.

Come osserva Sponchiado, il riciclo rappresenta per De Nora un segmento di clientela distinto e importante: «L’altra categoria interessante nel litio è quella delle aziende coinvolte nel riciclo. Quando si riciclano le batterie, il processo parte dalla black mass. Nichel e cobalto vengono separati e alla fine spesso resta uno stream di litio solfato che può essere valorizzato con questa tecnologia».

Questo rende il riciclo qualcosa di più di una questione di gestione dei rifiuti. Diventa un modo per supportare la circolarità, migliorare l’efficienza nell’uso delle risorse e ridurre la dipendenza dall’approvvigionamento primario. L’ambizione è muoversi verso un modello in cui il litio possa essere recuperato e riutilizzato in nuovi materiali per batterie, contribuendo a battery value chain più circolari.

Il ruolo di De Nora nella filiera del litio è specifico. L’azienda non si posiziona come miner, produttore di celle per batterie o recycler di batterie. Opera come technology e solution provider, portando la propria competenza elettrochimica in una delle fasi più critiche della filiera delle batterie: la conversione di flussi contenenti litio in materiali battery-grade.

Al centro di questo approccio c’è Enso, la piattaforma di elettrolisi di De Nora per processi di salt splitting. Nelle applicazioni per il litio, Enso può essere utilizzata per convertire sali come litio cloruro e litio solfato in idrossido di litio monoidrato, supportando sia route di raffinazione sia route di recupero.

Il valore industriale di questo approccio risiede nella semplificazione del processo. Le route convenzionali verso l’idrossido di litio possono richiedere diversi passaggi chimici, tra cui precipitazione, lavaggio, purificazione e cristallizzazione. La conversione elettrochimica diretta può contribuire a ridurre questa complessità, limitando l’uso di bulk chemicals e trasformando alcuni flussi di processo in risorse che possono essere recuperate e riutilizzate.

Sponchiado riassume chiaramente il vantaggio: «Quei passaggi collassano in un unico step di elettrolisi. Alimentiamo una brina purificata e, attraverso l’elettrochimica, produciamo idrossido di litio. Non utilizziamo reagenti aggiuntivi nello stesso modo della route tradizionale e, invece di generare waste streams, produciamo flussi che possono essere recuperati e riutilizzati».

Questo è il nucleo del posizionamento di De Nora nel lithium refining e nel recycling: applicare l’elettrochimica industriale per contribuire a semplificare la conversione del litio, supportare il recupero di flussi di valore e abilitare filiere del litio più efficienti e circolari.

Con l’espansione del mercato del litio, la capacità di raffinarlo e recuperarlo in modo efficiente diventerà sempre più importante. Per De Nora, l’opportunità non è estrarre litio, ma contribuire a trasformarlo nei materiali necessari per la prossima generazione di batterie.