Dalle batterie “rotte” alla soluzione per il PFAS: il metodo al Litio che elimina il 94% degli inquinanti eterni

I ricercatori dell’Università di Chicago hanno trasformato il meccanismo che porta alla rottura delle batterie al litio in un sistema efficace per degradare i PFAS nell’acqua. Una soluzione modulare che promette di risolvere un problema ambientale massiccio senza impianti faraonici.

Spesso le grandi scoperte nascono guardando nella direzione opposta a quella comune. Mentre mezzo mondo cerca di capire come far durare di più le batterie, un team dell’Università di Chicago, guidato dal professor Chibueze Amanchukwu, ha passato tre anni a studiare esattamente il contrario: come e perché le batterie falliscono. E proprio analizzando i processi chimici che degradano i componenti delle batterie, hanno trovato la chiave per distruggere uno dei nemici ambientali più ostici del nostro tempo: i PFAS (sostanze per- e polifluoroalchiliche).

La ricerca, pubblicata su Nature Catalysis, dimostra come la chimica “distruttiva” delle batterie al litio possa essere reindirizzata per spezzare i legami carbonio-fluoro, notoriamente resistenti.

La ricercatrice Bidushi Sarkar e  l’ Asst. Prof. Chibueze Amanchukwu studiano le batterie al litio (Photo by Jason Smith – Università di Chicago)

Il problema dei “Forever Chemicals”

I PFAS sono definiti “inquinanti eterni” per un motivo preciso: il legame tra carbonio e fluoro è uno dei più forti della chimica organica. Questo li rende resistenti all’acqua, all’olio e al fuoco, ma anche impossibili da smaltire naturalmente. Le attuali tecnologie di filtraggio spesso si limitano a “spostare” il problema o a spezzare le molecole in frammenti più piccoli, che restano comunque tossici e difficili da rimuovere.

La soluzione: trasformare il difetto in virtù

Qui entra in gioco l’intuizione del team di Chicago. Nelle batterie al litio, durante il funzionamento, si creano condizioni che portano alla degradazione dell’elettrolita e dei componenti interni. Questo è un “male” per l’accumulo di energia, ma si è rivelato un “bene” per la depurazione.

Come funziona la degradazione mediata dal litio (da Nature)

Il processo sviluppato utilizza l’elettro-riduzione mediata dal litio. In parole povere, invece di usare metodi ossidativi (che cercano di strappare elettroni), si inonda il sistema di elettroni in un ambiente non acquoso, utilizzando elettrodi di rame trattati con litio.

Ecco i risultati ottenuti in laboratorio, che mostrano un’efficacia raramente vista prima:

• Defluorurazione: 94% (rimozione del fluoro dalla molecola).
• Degradazione: 95% (distruzione della struttura del PFAS).
• Qualità del residuo: Il processo mineralizza il fluoro, trasformandolo in composti innocui, evitando la creazione di “frammenti” a catena corta pericolosi.

Come le “batterie esauste” diventano depuratori

La domanda sorge spontanea: come si passa da una batteria morta a un depuratore? Non si tratta di gettare vecchie pile nello scarico, ma di replicare la reazione chimica che avviene quando una batteria si degrada. I ricercatori hanno scoperto che i solventi non acquosi, tipici delle batterie, permettono al litio di agire come un “martello” chimico che spezza i legami dei PFAS. Paradossalmente, le condizioni che distruggono una batteria sono le uniche capaci di distruggere i PFAS.

Questo approccio apre la strada a un possibile riutilizzo concettuale e pratico della filiera del litio: la stessa tecnologia che alimenta le nostre auto, se gestita nel suo ciclo di “morte”, fornisce gli strumenti chimici per la bonifica.

Una tecnologia modulare e decentralizzata

L’aspetto economicamente più interessante, tipico delle soluzioni pragmatiche che piacciono a noi, è la modularità. Il professor Amanchukwu è stato chiaro: “Il bello dell’elettrochimica è che è modulare. Posso avere un pannello solare con batterie e un reattore elettrochimico in loco, abbastanza piccolo da gestire i flussi di rifiuti locali.”

Questo significa:

• Niente impianti chimici giganteschi.
• Nessun bisogno di temperature o pressioni elevate.
• Possibilità di installazione direttamente nelle zone industriali o nelle discariche.

Su 33 tipi di PFAS testati, ben 22 hanno mostrato una degradazione superiore al 70%, con punte del 99%. Un risultato supportato dall’Argonne National Laboratory, che suggerisce come la scienza dei materiali possa risolvere problemi reali, se si smette di ragionare a compartimenti stagni.

Domande e risposte

Perché questo metodo è diverso dagli altri sistemi di filtraggio dei PFAS? La maggior parte dei metodi attuali si limita a filtrare i PFAS (spostandoli dall’acqua ai filtri, che poi vanno smaltiti) o a ossidarli, il che spesso rompe le molecole lunghe in frammenti più piccoli ma ugualmente tossici. Questo nuovo metodo, invece, utilizza la riduzione mediata dal litio per “mineralizzare” completamente i composti, spezzando quasi tutti i legami carbonio-fluoro e rendendo i residui sostanzialmente innocui. È una distruzione definitiva, non un semplice contenimento.

È possibile utilizzare questo sistema su larga scala o è solo un esperimento? La tecnologia è progettata per essere modulare, il che è un grande vantaggio industriale. Non richiede la costruzione di enormi impianti centralizzati che operano ad alte pressioni o temperature (costosi ed energivori). Il reattore può essere ridimensionato per adattarsi a specifiche fonti di inquinamento locale, alimentato potenzialmente da pannelli solari e batterie in loco. Sebbene sia ancora in fase di ricerca avanzata, la sua natura “site-ready” lo rende molto promettente per applicazioni pratiche future.

Cosa c’entrano le batterie esauste con la depurazione dell’acqua? Il collegamento non è l’uso fisico della batteria come filtro, ma l’applicazione della chimica che avviene durante il fallimento della batteria stessa. I ricercatori hanno studiato come i materiali si degradano all’interno delle batterie al litio e hanno replicato quelle specifiche reazioni chimiche per attaccare i PFAS. In sostanza, hanno scoperto che il meccanismo “distruttivo” che rovina le batterie è, ironicamente, perfetto per distruggere gli inquinanti più resistenti nell’acqua.

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