A gennaio 2018 la prima banca dati paneuropea per le materie prime seconde, compresi molti "critici", andato in linea. Da allora, abbiamo saputo di più su quali depositi di materie prime risiedono nelle automobili, batterie e dispositivi elettronici venduti, utilizzato e immagazzinato nei 28 paesi dell'UE – e infine riciclato o smaltito. L'Empa ha svolto un ruolo chiave nel progetto ProSUM.

Ogni europeo possiede in media 250 chilogrammi di dispositivi elettrici ed elettronici. A questi si aggiungono 15 chilogrammi di batterie al piombo e due chilogrammi di altri tipi di batterie, inclusi 500 grammi di batterie agli ioni di litio, e una quota di 60 chilogrammi di un'auto. Tutti questi beni alla fine si rompono o diventano obsoleti. Alcuni di loro vengono gettati e riciclati, altri sono rivenduti su piattaforme come ebay e ricardo. Però, notevoli quantità finiscono nei cassetti, armadi e garage, dove formano "depositi di materie prime".

Un mucchio di dati frammentati

Dati sulla presenza e distribuzione di materie prime critiche nei Dati sulla presenza e distribuzione di materie prime critiche nei prodotti, componenti e rifiuti sono stati generati da più parti negli ultimi anni, come istituti di ricerca, industria, autorità pubbliche e organizzazioni non governative, e archiviati in vari database, formati e report. Finora, però, nessuno ha raccolto ed elaborato questi dati in modo che l'industria del riciclaggio, le autorità e i decisori politici possono includere tutte queste materie prime in strategie economicamente ed ecologicamente sensate.

Questa è proprio la sfida che il progetto "Prospecting Secondary Raw Materials in the Urban Mine and Mining Waste" (ProSUM), finanziato dal programma di ricerca dell'UE Horizon 2020, si è posto (www.prosumproject.eu). Oltre a 17 strutture di ricerca di 12 paesi, il progetto ha coinvolto anche tre laboratori Empa, in particolare il Laboratorio di Tecnologia e Società, che era responsabile del pacchetto di lavoro "Caratterizzazione del prodotto".

Diretto da Patrick Wäger, il laboratorio ha studiato i sistemi di riciclaggio per molti anni. Uno dei punti focali della ricerca è la gestione dei rifiuti elettrici ed elettronici (noti come rifiuti elettronici) in Svizzera, nei paesi in via di sviluppo e nei paesi limite. Negli ultimi anni, il focus delle attività si è ampliato per includere materie prime critiche come indio, elementi delle terre rare e metalli di platino.

Una giovane scienza

Il ricercatore dell'Empa Heinz Böni e il suo team si sono concentrati sul ruolo delle materie prime critiche nel "metabolismo sociale". Un gioco sul metabolismo fisico, questo è ciò che gli scienziati ambientali chiamano i flussi di materia ed energia innescati dalle attività sociali. La ricerca sul metabolismo sociale è una scienza piuttosto giovane, con Peter Baccini e Paul Brunner che aprono la strada alla fine degli anni '80 a Eawag, l'istituto di ricerca acquatica del dominio ETH. Dal 2007 un gruppo di ricerca della Yale University si è concentrato sulla valutazione dei rischi di approvvigionamento delle materie prime; i ricercatori di Yale hanno sviluppato una "matrice di criticità", sulla base del quale l'UE ha pubblicato il suo primo studio sulla criticità delle materie prime nel 2010.

Il team di Böni si concentra in particolare sulla chiusura dei cicli dei materiali per metalli rari e materie prime critiche. In un progetto finanziato dall'Ufficio federale dell'ambiente, ad esempio, i ricercatori hanno esaminato il recupero del neodimio, che si trova nei magneti delle bobine mobili nei dischi rigidi, Per esempio, e il riciclaggio dell'indio, che si trova negli schermi piatti. Attualmente, il team Empa sta lavorando alla possibilità di recuperare i metalli rari dai componenti elettrici ed elettronici dei veicoli e mantenerli così nel ciclo del materiale.

Un invito dai Paesi Bassi

Sono stati i ricercatori della Delft University of Technology che alla fine si sono rivolti agli scienziati dell'Empa e hanno chiesto loro di unirsi al consorzio ProSUM. "I colleghi olandesi ci conoscevano da collaborazioni su altri progetti, "dice Patrick Wäger, che ha guidato uno dei cinque pacchetti di lavoro ProSUM. Il punto di partenza è stato un database per le materie prime minerali nell'UE, che l'Ufficio francese delle risorse geologiche e minerarie (BRGM) aveva sviluppato nell'ambito di un precedente progetto dell'UE, "Minerali4EU". Il ricercatore dell'Empa Amund Loevik è stato incaricato di raccogliere i dati sparsi da diverse fonti e metterli in una forma coerente. L'obiettivo principale era valutare la qualità dei dati e ponderarli di conseguenza.

Per portare a termine questo ambizioso compito, Wäger e Co hanno chiesto aiuto ad altri colleghi dell'Empa:Matthias Rösslein del laboratorio Particles-Biology Interactions ha aiutato Loevik a elaborare e valutare i dati utilizzando metodi statistici. Gli esperti di analisi dei dati Renato Figi e il suo team del laboratorio Advanced Analytical Technologies hanno sviluppato e convalidato nuovi metodi per prelevare e preparare campioni e condurre analisi chimiche (vedi pagina 16). L'obiettivo principale in questo caso era determinare il livello di materie prime critiche contenute in prodotti e frazioni selezionati dalla lavorazione di vecchie batterie, dispositivi elettrici ed elettronici e in diverse frazioni di frantumazione da veicoli fuori uso.

Nel gennaio 2018 il database ProSUM è finalmente andato online su www.urbanmineplatform.eu. La piattaforma Urban Mine contiene set di dati sui flussi, azioni, composizione e flussi di rifiuti dalle batterie, dispositivi e veicoli elettrici ed elettronici. Ciò consente ai ricercatori, l'industria del riciclaggio e i decisori politici per ottenere informazioni specifiche sugli sviluppi passati e futuri, ad esempio al fine di stimare il potenziale di materie prime di particolari scorte nella miniera urbana o sviluppare strategie di riciclaggio innovative.