La fiducia è buona - il controllo è migliore

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Claudia Schreiner, tecnico di laboratorio dell’Empa, smista i campioni in
Claudia Schreiner, tecnico di laboratorio dell’Empa, smista i campioni in laboratorio per analizzarli nello spettrometro. Immagine: Empa
Nonostante l’esistenza di limiti rigorosi, le batterie possono ancora contenere troppi ingredienti dannosi come il mercurio, il cadmio e il piombo. L’Ufficio federale dell’ambiente (UFAM) ha pertanto avviato una campagna di controllo. L’Empa ha posto le basi per questa campagna con un metodo appositamente sviluppato per l’analisi dei metalli pesanti.

È impossibile immaginare la nostra vita senza le batterie come dispositivi di accumulo dell’energia. Sono praticamente onnipresenti e vengono utilizzate come batterie di avviamento, nelle apparecchiature industriali, ma anche in oggetti di uso quotidiano come giocattoli, orologi, radio, computer portatili, torce, apparecchi acustici, ecc. La domanda di batterie, comprese quelle 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 nocivi 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.

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 un contenuto 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, in Svizzera non esisteva praticamente alcun modo per verificare la conformità; semplicemente non esisteva un metodo affidabile e riconosciuto per determinare con precisione gli elementi citati nelle batterie.

Un team del dipartimento di ricerca Advanced Analytical Technologies dell’Empa, guidato dal chimico Renato Figi, è stato quindi incaricato dall’UFAM 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 soluzione analizzati 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 rivestimenti apparentemente innocui.

Un lungo cammino verso un metodo innovativo

Ma il minuzioso lavoro di laboratorio ha dato i suoi frutti: con il metodo innovativo dell’Empa, ora è 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.