Ottimizzare il processo di riciclo dei metalli critici può alleviare le carenze e gli oneri ambientali

Importanza del riciclo dei metalli

Mineral resources are inherently limited, and their extraction is energy-consuming and environmentally destructive. The mining industry is a major consumer of fresh water, an emitter of greenhouse gases, causing deforestation and pollution that can last decades if not centuries.

In theory, metals should be the most recyclable materials, as they are made of pure elements, contrary to complex organic molecules like plastics.

In practice, this is far from true, with recycling of metals often imperfect, or too energy-consuming. This is especially true for electronic components, mixing together at the atomic level complex mixes of exotic elements like rare metals, cadmium, titanium, tungsten, etc.

So, it is big news that researchers from Rice University (USA) and Tsinghua University (China) have developed an entirely novel way of recycling metals using intense electric currents. Their results were published in Nature Chemical Engineering on September 25^th, 2024 under the title “Flash separation of metals by electrothermal chlorination”.

Metodi di riciclo dei metalli

Riciclo attuale dei metalli

Currently, metal recycling mostly relies on idrotrattamento liquido, or the dissolution of metals in liquid or alkaline water. However, this technique involves substantial water and chemical consumption with problematic secondary waste streams.

Fonte: MEAB

Another option is pirometallurgia, which essentially melts all the mixed metals together and then re-purifies them according to their physical properties (melting point, etc.). The issue is that this method lacks selectivity, so often, the result is still a mix of different metals. It also requires significant energy inputs, reducing its environmental profile.

Riscaldamento Flash Joule (FJH)

Flash Joule Heating is a method that the research team leader, James M. Tour, has previous experience with for graphene synthesis and waste disposal.

Fonte: India Education Diary

Il FJH consiste nel far passare una corrente elettrica attraverso un materiale per riscaldarlo rapidamente a temperature estremamente elevate. La rapidità del processo di riscaldamento trasforma il materiale in sostanze diverse.

They discovered that the method could be applied to metal extraction. And it seems that it could be widely applied to a variety of electronic wastes. Notably, the method was proven to be able to separate:

• Tantalio dai condensatori.
• Gallio dai LED.
• Indio da pellicole solari usate.

The method achieved these results without using any water, acid, or other solvent, drastically reducing the resulting pollution. Not only this can work on many metals, but it also achieves a purity of 95% for the end result, by precisely controlling the reaction conditions. In total, the yield was a very satisfying 85%.

So even if it would not recover all the metal, this method could drastically reduce the portion of waste that needs to be processed with hydro- or pyrometallurgy.

Prospettive future del FJH

Riciclo elettronico universale

This method was here studied for recycling only some types of electronic waste. More work will be needed to assess it for other types of electronics in dire need of more efficient and environmentally friendly options, like for example batteries.

Stiamo cercando di adattare questo metodo per il recupero di altri metalli critici dai flussi di rifiuti.

Dr. Bing Deng – Assistente professore presso la Tsinghua University e co-primo autore dello studio.

It is also likely that more refinement on the method can be developed, like testing it in combination with a smaller amount of acid to find ways to increase the total yield.

“Questa scoperta affronta il pressante problema delle carenze di metalli critici e degli impatti ambientali negativi, incentivando economicamente le industrie del riciclo su scala globale con un processo di recupero più efficiente,”

Dr. Shichen Xu – Ricercatore post-dottorato presso Rice / co-primo autore dello studio

Estrazione mineraria

Conceptually, there is very little difference between metal recycling and mineral extraction from natural ore. In both cases, the metal is embedded with other elements and needs to be forcefully separated to be purified and made usable by the industries needing it.

Anche nell’estrazione mineraria, la raffinazione è spesso ottenuta mediante l’uso di acqua + acidi, o calore estremo, entrambi su scala massiccia. Questo è un elemento chiave di ciò che rende l’estrazione mineraria così controversa e ambientalmente distruttiva.

So the method could also hold promises for the extraction of lithium and rare Earth elements, according to Dr. Shichen Xu.

Investire nel riciclo dei metalli

While some metals like steel and aluminum are recycled well, other more complex materials like electronic waste are still mostly unrecycled, or processed in unsanitary and polluting conditions in poor countries.

Meanwhile, EVs, solar panels, batteries, heat pumps, and small electronic devices are produced in ever larger quantities, accumulating the stockpile of material needing to be recycled in a mere few years.

You can invest in recycling companies through many brokers, and you can find here, on securities.io, our recommendations for the best brokers in the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries.

If you are not interested in picking specific companies, you can also look into ETFs like the Mast Global Battery Recycling & Production ETF (EV), the VanEck Circular Economy UCITS ETF (REUS), or the WisdomTree Recycling Decarbonisation UCITS ETF – USD Acc (WRCY) which will provide a more diversified exposure to capitalize on the recycling industry.

Società di riciclo dei metalli

1. Li-Cycle Holdings Corp (LICY )

Tra tutti i tipi di rifiuti elettronici, le batterie possono essere le più problematiche.

Ciò è dovuto al fatto che non solo sono dispositivi estremamente complessi contenenti molti metalli inquinanti diversi, ma anche perché rappresentano sempre un potenziale rischio di sicurezza a causa del rischio di incendio o esplosione delle batterie cariche. Quindi, mentre le batterie sono per lo più sicure in condizioni normali, frantumarle o fonderle per il riciclo è ovviamente pericoloso.

E il volume di batterie da riciclare esploderà di 6 volte entro il 2030 solo in Nord America.

Fonte: Li-Cycle

Un punto di forza cruciale di Li-Cycle è che il loro metodo può processare pacchi di batterie completamente carichi, senza la necessità di smontare o scaricare.

Questo è anche un processo “agnostico rispetto alla forma della batteria”, il che significa che può funzionare su qualsiasi tipo di batteria al litio, indipendentemente dal produttore o dallo stato della batteria. Poiché l’industria è ancora lontana dal consolidarsi attorno a un design specifico, e l’innovazione avviene molto rapidamente, è cruciale per un riciclatore rimanere in grado di lavorare in modo efficiente a lungo termine.

Nel complesso, l’azienda raggiunge un tasso di recupero del 95% e può produrre materiali di alta qualità come carbonato di litio di grado batteria dalle batterie usate.

Fonte: Li-Cycle

Nel 2023 e all’inizio del 2024, l’azienda ha incontrato un ostacolo con enormi sforamenti di costi per la costruzione di una importante struttura di lavorazione a Rochester, NY. Ciò è avvenuto dopo una rapida espansione con impianti costruiti in Nord America, Europa e Asia.

Se completato e operante a piena velocità, il Rochester Hub potrebbe processare fino a 35.000 tonnellate di quella che è chiamata “massa nera” (essenzialmente batterie frantumate) all’anno.

Questo rappresenterebbe un enorme salto rispetto alle sole 1.394 tonnellate di massa nera prodotte nel Q2 2024.

Fonte: Li-Cycle

Per ottenere i fondi necessari a completare Rochester, Li-Cycle ha assicurato a marzo 2024 un investimento di 75 milioni di dollari dal gigante minerario Glencore. Sta inoltre cercando un prestito di 375 milioni di dollari dal governo degli Stati Uniti come parte della spinta verso politiche verdi e la reindustrializzazione nell’ambito dell’IRA statunitense e della Legge bipartisan sulle infrastrutture.

Il processo di prestito del DoE è ora abbastanza avanzato, avendo raggiunto il passo 5 su 6 in totale. La costruzione a Rochester dovrebbe riprendere se il prestito verrà approvato.

Fonte: Li-Cycle

Un altro ostacolo per l’azienda è stato il basso prezzo dei materiali, che ha colpito l’intera catena di approvvigionamento, inclusi i minatori di litio. In risposta, l’azienda ha ridotto il personale e tagliato i costi dove possibile.

Se il Rochester Hub avrà successo, l’azienda punta a costruire tre ulteriori hub di terza generazione (Rochester è di seconda generazione) in Alabama, Arizona e Germania.

Fonte: Li-Cycle

2. Enviri

Precedentemente conosciuta come Harsco, l’azienda è un gigante nel riciclo dei rifiuti, con un focus sui rifiuti industriali e minerari, inclusi i metalli (40 % delle sue vendite totali).

The company is split into 3 parts:

• Harsco Environmental: Processa 20 milioni di tonnellate di scorie all’anno per produrre asfalto, blocchi di pavimentazione, abrasivi, tegole per coperture e fertilizzanti.
• Clean Earth: specializzata nella gestione di rifiuti pericolosi, includendo annualmente 5,6 milioni di lampade, 5,3 milioni di libbre di batterie, 5.000 tonnellate di elettronica, 3,4 milioni di suolo contaminato e 71 milioni di galloni di acque reflue.
• Rail: fornisce soluzioni di manutenzione e costruzione ferroviaria.

Fonte: Enviri

Nel complesso, il segmento riciclo/pulizia costituisce la maggior parte dell’attività, con il 62 % dei ricavi totali provenienti dal Nord America. Clean Earth è cresciuta rapidamente, passando da pochi percentuali dei ricavi dell’azienda nel 2019 a quasi un terzo nel 2024.

Fonte: Enviri

The company sees a large growth opportunity in the treatment of PFAS (sostanze per- e polifluoroalchiliche), or “forever chemicals” which are increasingly a concern and in need of better processing. The market for PFAS disposal that could be addressed by Enviri’sClean Earth is expected to grow to 3-5B.

L’azienda continua inoltre a concentrarsi sull’individuazione di metodi aggiuntivi che possano distruggere i PFAS, piuttosto che seppellirli o utilizzare trattamenti di iniezione in pozzi profondi.

Crediamo che la distruzione sia una tecnologia superiore per ridurre i rischi e le passività a lungo termine.

Elizabeth Peterson – Chief Commercial Officer di Clean Earth

Man mano che sempre più regolamentazioni affrontano il problema dell’inquinamento non gestito (come i PFAS), è probabile che aziende come Enviri ne trarranno beneficio. Altre opportunità possono essere trovate nell’acciaio verde e nell’asfalto a impatto di carbonio negativo.

Nel lungo periodo l’azienda sta valutando la vendita dei suoi asset ferroviari, per finalizzare la sua trasformazione da gruppo industriale a società dell’economia verde. Ma potrebbe richiedere tempo, a causa di regolamentazioni e minacce ai contratti a lungo termine in Europa in caso di vendita, portando alla sospensione per ora della vendita del segmento ferroviario.