Batterie dagli scarti di carta e cartone, l’invenzione della Nanyang Technological University di Singapore

Produrre batterie utilizzando gli scarti di carta e cartone?

Da oggi è possibile, grazie all’innovazione di un gruppo di scienziati della Nanyang Technological University (NTU) di Singapore, che ha sfruttato il meccanismo della carbonizzazione per trasformare le fibre cellulosiche in carbonio puro, uno dei componenti degli accumulatori agli ioni di litio.

Un metodo che consente di riciclare la carta in modo più sostenibile e di produrre delle batterie molto più efficienti e resistenti di quelle attualmente disponibili in commercio. Scopriamone di più.

Elettrodi più efficienti e resistenti attraverso la carbonizzazione della carta

Per produrre gli elettrodi, i ricercatori della NTU hanno sovrapposto diversi fogli di cellulosa e li hanno tagliati tramite l’utilizzo del laser, così da creare diverse forme geometriche. Hanno poi sottoposto gli scarti assemblati a un meccanismo di carbonizzazione: la carta è stata riscaldata a una temperatura elevatissima, 1200°C, in assenza di ossigeno, al fine di provocare la completa evaporazione dell’acqua e delle sostanze volatili all’interno di essa, ed è stata ridotta così in carbonio.

I risultati dei test di laboratorio effettuati hanno evidenziato prestazioni migliori degli elettrodi ottenuti sia in termini di durata sia in termini di proprietà elettrochimiche e flessibilità.

Le batterie realizzate a partire dai rifiuti cellulosici, infatti, possono essere caricate e scaricate fino a 1200 volte, vale a dire almeno il doppio rispetto alle attuali batterie dei telefoni cellulari. Potrebbero inoltre sostenere un maggiore stress fisico, assorbendo un’energia di schiacciamento fino a cinque volte superiore. Grazie alla migliore resistenza garantita dai nuovi anodi, le batterie di smartphone, computer portatili e automobili sarebbero in grado di attutire meglio gli urti provocati da cadute o incidenti.

Secondo il gruppo di scienziati, queste particolari proprietà di efficienza e forza meccanica sono dovute alla disposizione delle fibre di cellulosa prima della carbonizzazione.

Un’alternativa green per lo smaltimento della carta e la produzione di anodi

Il metodo sviluppato dai ricercatori della NTU offre un’interessante serie di vantaggi.

Dal momento che il processo di carbonizzazione si svolge in assenza di ossigeno, le quantità di anidride carbonica emesse sono molto ridotte. Si tratta dunque di un’opzione di smaltimento più ecologica rispetto all’incenerimento della carta da macero, che causa al contrario una notevole dispersione di gas serra. I prodotti di scarto della carbonizzazione sono soltanto vapore acqueo e oli, che possono essere reimpiegati per ottenere biocarburanti. Il meccanismo di carbonizzazione utilizza inoltre processi basati su una minore intensità energetica e un minore utilizzo di metalli pesanti rispetto agli attuali metodi industriali di produzione di anodi.

Sono considerevoli anche i benefici dell’impiego della carta di scarto come materia prima. Tenendo presente che il costo di un anodo rappresenta il 10-15% del costo totale di una batteria agli ioni di litio, l’uso di un materiale di scarto low-cost come i residui cellulosici porterebbe infatti a un calo del costo di produzione. Al tempo stesso, ridurrebbe il ricorso alle convenzionali fonti di carbone, che vengono estratte e processate con sostanze chimiche e macchinari.

Obiettivo del team di ricerca NTU è quello di condurre ulteriori test per migliorare ancora la capacità di accumulo delle batterie e limitare al minimo l’energia termica necessaria per trasformare la carta in carbonio.