Nuova vita per le bottiglie in PET: possono diventare grafite per le batterie

La tecnica sviluppata dai ricercatori della Pennsylvania State University converte gli scarti di plastica in un materiale sintetico altamente ordinato destinato agli anodi, senza catalizzatori metallici. La prospettiva di upcycling dovrà ora essere verificata nelle celle e su scala industriale

Ricavare dalle bottiglie usate una grafite sintetica che, in prospettiva, potrebbe essere impiegata negli anodi delle batterie. È il risultato ottenuto da un gruppo di ricercatori della Pennsylvania State University, che ha messo a punto un processo per convertire il polietilene tereftalato, il comune PET degli imballaggi, in carbonio grafitico altamente cristallino.

Il risultato, descritto nello studio “Upcycling PET plastic waste: A graphenic additive templated approach to synthetic graphite”, pubblicato sulla rivista Diamond and Related Materials, collega economia circolare e transizione energetica: un flusso di rifiuti molto diffuso potrebbe diventare una fonte alternativa di grafite, materiale essenziale per gli anodi delle batterie agli ioni di litio.

La ricerca segue una logica di upcycling, perché punta a ottenere dallo scarto un prodotto con caratteristiche e valore potenzialmente superiori rispetto al materiale di partenza.

L’ossido di grafene guida la trasformazione

La composizione chimica del PET rende complessa la sua conversione in grafite. L’elevata presenza di ossigeno tende infatti a produrre, durante il trattamento termico, strutture carboniose disordinate e difficili da grafitizzare. Per superare questo limite, i ricercatori hanno combinato PET triturato con piccole quantità di ossido di grafene e grafene, sottoponendo la miscela a un processo termico controllato. Gli additivi funzionano come modelli strutturali sui quali gli atomi di carbonio possono organizzarsi – spiega un comunicato della Penn State – favorendo la formazione di strati ordinati.

“Non stiamo semplicemente trovando un impiego per la plastica di scarto – spiega Shakshi Sekar, prima autrice dello studio e dottoranda presso il John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering di Penn State – Stiamo creando un materiale prezioso che potrebbe contribuire a sostenere la crescente domanda di batterie e tecnologie per l’energia pulita”.

La ricerca portata a termine in Pennsylvania dimostra la fattibilità della trasformazione sul piano strutturale, ma non misura ancora le prestazioni all’interno di celle complete. Saranno necessari test su capacità, velocità di carica, stabilità e durata, insieme a una valutazione della resa e dei costi su volumi più elevati.

L’assenza di catalizzatori metallici

Diversi metodi impiegati per favorire la grafitizzazione del carbonio utilizzano ferro, nichel o cobalto. Questi metalli possono lasciare impurità nel prodotto finale, richiedendo ulteriori trattamenti chimici di purificazione. Il processo sviluppato a Penn State, invece, impiega additivi a base di grafene, riducendo in questo modo l’uso di sostanze chimiche e la generazione di rifiuti.

Una risorsa strategica per la transizione energetica

Secondo l’International Energy Agency, la domanda mondiale di grafite legata alle tecnologie pulite potrebbe passare da circa 1,5 milioni di tonnellate nel 2024 a oltre 4,1 milioni nel 2030. Il fabbisogno complessivo potrebbe salire, nello stesso periodo, da 4,8 a 8,2 milioni di tonnellate.

A questa crescita si aggiunge la concentrazione della filiera in Cina, che mantiene una posizione dominante nella lavorazione del materiale destinato agli anodi. L’Europa dal canto suo punta ad ampliare la propria capacità industriale attraverso il Critical Raw Materials Act, che fissa per il 2030 obiettivi del 10% per l’estrazione interna, del 40% per la lavorazione e del 25% per il riciclo delle materie prime strategiche. La documentazione europea dedicata alla grafite indica che l’Unione estrae attualmente meno dello 0,1% del proprio fabbisogno.

Il possibile ruolo nella filiera italiana del PET

La direttiva europea sulle plastiche monouso ha fissato al 77% il traguardo di raccolta separata delle bottiglie per il 2025, destinato a salire al 90% nel 2029. Dal 2025 quelle per bevande in PET devono inoltre contenere almeno il 25% di plastica riciclata.

La Relazione sulla gestione 2025 di Coripet quantifica in 442.600 tonnellate i contenitori per liquidi in PET immessi sul mercato italiano, escludendo tappi ed etichette, e stima un tasso di raccolta compreso tra il 69% e il 73%.

La conversione in grafite, in prospettiva, potrebbe offrire uno sbocco alle frazioni che, per qualità o contaminazione, risultano meno adatte alla produzione di nuovi contenitori. Si tratterebbe di una soluzione complementare al riciclo “bottle to bottle”, la cui validità ambientale ed economica dovrà essere dimostrata attraverso test industriali e analisi dell’intero ciclo di vita.