La più diffusa classificazione vede il mercato delle batterie e degli accumulatori suddiviso in due gruppi principali:

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1 Introduzione Le pile e gli accumulatori 1 sono impiegati in una vastissima gamma di prodotti ed apparecchi destinati ad applicazioni professionali o domestiche. Dal 1989 al 2002 il valore del mercato mondiale delle pile è aumentato ogni anno di circa il 9%, trainato dalla diffusione dell elettronica di consumo. Rimasta sostanzialmente stabile negli anni successivi, la domanda di pile e accumulatori a livello mondiale è prevista in crescita mediamente del 6,6% l'anno nel triennio Gli incrementi sopra descritti sono stati realizzati anche grazie al contributo di alcuni paesi dell Africa, Europa dell Est, America latina e Asia dove l espansione economica, congiunta con la crescente industrializzazione e l incremento del reddito personale, hanno condotto ad un aumento dei consumi. I principali mercati risultano essere quello statunitense, l Europa occidentale ed il Giappone che, aiutati da elevati redditi e dalle più favorevoli condizioni economiche, mostrano crescenti acquisti e utilizzi di apparecchiature alimentate a batterie [1] [2]. È possibile distinguere le pile in base agli utenti, alle tecnologie e a talune proprietà, quali la possibilità di essere ricaricate o le dimensioni [3]. La più diffusa classificazione vede il mercato delle batterie e degli accumulatori suddiviso in due gruppi principali: il settore "portatile", nel quale le batterie generalmente pesano meno di 1 kg; 1 Pila o accumulatore: una fonte di energia elettrica ottenuta mediante trasformazione diretta di energia chimica, costituita da uno o più elementi primari (non ricaricabili) o secondari (ricaricabili). Nel linguaggio comune, con il termine batterie o pile si intendono indistintamente prodotti ricaricabili e non ricaricabili, perciò il termine batterie viene spesso utilizzato come sinonomo di accumulatore. Nella presente trattazione si manterrà questa stessa consuetudine. 6

2 il settore "industriale e da autotrazione", nel quale le batterie generalmente pesano più di 1 kg. Nel 2002 sono circolate nella UE tonnellate di batterie, di cui t portatili, t per autotrazione e t di batterie industriali. Il mercato delle batterie e accumulatori in UE-15 16% 13% 71% Batterie e accumulatori portatili Batterie per autotrazione Batterie e accumulatori industriali Secondo uno schema di classificazione comunemente usato, le batterie possono anche essere distinte in primarie (o non ricaricabili ) e secondarie (o ricaricabili ): queste ultime vengono più propriamente definite accumulatori Nell ambito del settore portatile, oggetto della presente trattazione, utilizzando questa distinzione riconosciamo due diversi tipi principali di batterie e accumulatori: pile e batterie di uso corrente non ricaricabili, o primarie rappresentate principalmente dalle comuni pile zinco-carbone e dalle pile alcaline al 2 Italia, Germania, Francia, Regno Unito, Irlanda, Belgio, Lussemburgo, Olanda, Danimarca, Grecia, Spagna, Portogallo, Austria, Svezia e Finlandia 7

3 manganese, utilizzate normalmente nei giocattoli, nei dispositivi audio portatili e non, nelle lampadine tascabili, negli orologi da tavolo e da parete e nelle macchine fotografiche tradizionali; a queste si aggiungono le pile a bottone (principalmente pile zinco-aria, all'ossido di argento, all'ossido di manganese e pile al litio), utilizzate per dispositivi speciali, quali apparecchi acustici, orologi e apparecchiature portatili di dimensioni ridotte. batterie e accumulatori ricaricabili o secondarie (principalmente batterie al nickel-cadmio, all'idruro di nickel metallico, litio-ion e batterie a tenuta stagna al piombo) utilizzate in genere all'interno di telefoni senza fili e cellulari, strumenti elettrici, apparecchi per l'illuminazione d'emergenza, computer portatili ed elettrodomestici. Il mercato 3 evidenzia una larga prevalenza di consumi indirizzati verso le batterie portatili primarie (72%) e una più ristretta quota di mercato, pur se in graduale ampliamento, per le batterie portatili secondarie (28%), nell ambito del quale circa il 25% rappresentato dalle batterie con tecnologia Ni-Cd. Assortimento tipologico delle batterie portatili 7% 21% 72% Non ricaricabili Ricaricabili Ni-Cd Altre Ricaricabili 3 Anno 2002, UE-15 8

4 Una visione d assieme può essere rappresentata nella sottostante tabella: Tabella 1 - Tipologie di prodotto [3] Utilizzazioni Tecnologia Impieghi Tipologia Dimensioni Domestiche e professionali Industriali e da autotrazione Alcalino- Manganese e ZnC Litio Pile a bottone con tecnologia Zinco-aria, ossido d argento, ossido di manganese, litio Nickel-Cadmio (Ni-Cd) Nickel Metal Hydride (NIMH) Litio-ione (Li-ion) Piombo-Acido Piombo-Acido Nickel-Cadmio (Ni-Cd) Nickel Metal Hydride (NIMH) Giocattoli, torce, radio Telecomandi, apparecchi fotografici Orologi da polso, calcolatrici, apparecchi acustici Telefonia cordless, luci di emergenza, utensili elettrici Telefonia cellulare e cordless Telefonia cellulare, pc palmari e notebooks Hobbistica Auto e moto Sistemi di allarme, di back-up e per telecomunicazioni Carrelli elevatori Applicazioni satellitari e ferroviarie Veicoli elettrici Veicoli ibridi Non ricaricabili (primarie) Ricaricabili (secondarie) Ricaricabili (secondarie) Piccole Grandi 9

5 Alla base della possibilità ricaricare la batteria vi sono differenti tecnologie di prodotto e, conseguentemente, differenti metalli costituenti. Una possibile classificazione che tenga conto di formato e tecnologia di funzionamento è esposta di seguito: Tabella 2 Classificazione per tecnologia e formato [4] Formula o Non ricaricabili Ricaricabili Tecnologia sigla di riconoscimento Bottone Cilindrica Prismatica Bottone Cilindrica Prismatica Lithium manganese LiMnO2 dioxide Lithium policarbon mono Li(CFx)n fluoride Lithium thionyl LiSOCl2 chloride Zinco-alcalina Zn-Alk Zinco-aria Zn-air Zinco-Ossido d argento Zinco-Ossido mercurio di ZnAgO ZnHgO Zinco-carbone Zn-C Nickel Cadmio Ni-Cd Nickel Metal NiMH Hydride Piombo Acido Pb Acid Litio ione Li-ion 10

6 Parte I - Le batterie, i metalli pesanti e l ambiente I-1. Le problematiche ambientali legate ai metalli pesanti contenuti nelle batterie Le batterie rappresentano una fonte essenziale di energia per la nostra società ma, proprio a causa della loro massiccia diffusione, costituiscono un rischio ambientale qualora a fine vita - vengano smaltite in maniera non rispettosa dell ambiente. La problematica [4] dello smaltimento improprio di batterie a accumulatori nel flusso dei RSU non riguarda né il segmento industriali né il segmento da autotrazione in quanto, in relazione all elevato valore del materiale in esse contenuto e per l esistenza di validi strumenti legislativi e di modelli organizzativi ormai collaudati, si può ritenere che il prodotto esausto affluisca alla raccolta differenziata pressocché al 100%. Diverso è il discorso relativamente al segmento portatile per il quale l assenza di incentivi economici verso chi contribuisce alla raccolta differenziata, la mancanza di una adeguata informazione circa i rischi ambientali di uno smaltimento improprio e la facilità di stoccaggio in ambiente domestico hanno sino ad ora portato ad un massiccio afflusso di questo prodotto, quando esausto, nei Rifiuti Solidi Urbani (RSU) 4. Si stima che nel 2002 nella UE-15 siano confluiti alle discariche o all incenerimento tonnellate di batterie e accumulatori portatili, pari al 45,5% delle vendite di quell anno [3]. I maggiori rischi per l ambiente conseguenti a questo comportamento sono legati al contenuto in mercurio, piombo e cadmio che caratterizzano molte tipologie di pile ed accumulatori; 4 Nel proseguo della trattazione, sarà generalmente utilizzato l acronimo RSU 11

7 Il mercurio, nonostante sia stato oggetto di interventi normativi atti a ridurne la sua presenza nelle pile 5, è ancora presente in articoli che beneficiano di deroghe, in prodotti introdotti sul mercato prima dell entrata in vigore delle restrizioni, nonché nelle elevate quantità di pile al mercurio ancora conservate in ambiente domestico 6 Relativamente al cadmio, si sottolinea che circa la metà (circa t/anno) del metallo prodotto annualmente nell Europa comunitaria viene destinato alla produzione di pile al Nickel-Cadmio. Di questa quota, i ¾ sono utilizzati in pile e accumulatori portatili, ¼ trova invece impiego in pile e accumulatori industriali al Ni-Cd. Per quanto riguarda il piombo, si ritiene che circa il 73% della produzione mondiale di piombo venga utilizzata nella produzione di batterie e accumulatori per autoveicoli [2]. 5 Le disposizioni contenute nella direttiva 91/157/CEE, prevedono che il mercurio venga ammesso solo in percentuali molto ridotte e per usi particolari, segnatamente nelle pile a bottone. 6 L'EBRA (European Battery Recycling Association) stima che occorreranno almeno 10 anni dall introduzione dei divieti prima che i consumatori si liberino di tutte le vecchie pile contenenti mercurio. Dato che la commercializzazione di pile contenenti oltre 5 ppm di mercurio è stata sospesa nel 2000, l'ebra stima che la scomparsa di tali pile dal flusso di rifiuti non si verificherà prima del

8 In tabella si riportano i principali effetti riconosciuti a tali elementi. Tabella 3 Principali effetti riconosciuti ad alcuni metalli pesanti [2] Effetti Effetti ambientali Effetti sulla salute umana Elemento Tossico per gli organismi acquatici Tossico per inalazione Mercurio Cadmio Possibili effetti di lungo termine sull ambiente acquatico con ingresso nella catena alimentare Possibili effetti di lungo termine sull ambiente acquatico Potenziali effetti di accumulo con danni principalmente al sistema nervoso Tossico-nocivo per inalazione, contatto e ingestione Tossico (danno renale, osseo, ematico, riproduttivo) Mutageno Piombo Altamente tossico per l ambiente Possibili effetti di lungo termine sull ambiente acquatico Carcinogenico (principalmente cancro polmonare) Nocivo per inalazione Possibile danno riproduttivo Possibile danno fetale Potenziali effetti di accumulo sul sistema nervoso centrale e sul sistema circolatorio In virtù del contenuto di tali elementi chimici, la decisione della Commissione 2000/532/CE del 3 maggio 2000 [5] ha suddiviso le batterie in due categorie, considerando rifiuti pericolosi quelle contenenti piombo, mercurio o le Ni-Cd e rifiuti non pericolosi le altre. 13

9 Piombo, mercurio e cadmio non sono tuttavia gli unici metalli utilizzati nelle batterie; troviamo infatti presenti anche altri elementi quali zinco, rame, manganese, litio e nickel che possono costituire un rischio ambientale quando accumulati nell ambiente a seguito di incenerimento o smaltimento in discarica. La presenza dei diversi elementi nelle principali tipologie di batterie è riportata in tabella: Tabella 4 Principali elementi (percentuali in peso) di alcune tipologie di batterie, secondo diverse fonti [3] [4] Contenuto % di metalli Hg Cd Pb Zn Ni Mn Fe Co Li Tecnologia ZnC ZnAlcalino- Manganese 0,0005 Portatili al Litio (Li-ion) Pile a bottone 2 Portatili al Nickel-Cadmio (Ni-Cd) Portatili al Nickel Metal Hydride (NIMH) Piombo-Acido 0,0070 0,0013 0, , ,15 max 0,2 0, , ,9 0, , , ,6 0,81-3, ,0-4,5 14

10 In aggiunta, va sottolineato che batterie e accumulatori contengono anche sostanze corrosive acide o basiche che possono costituire da sole un danno ambientale o potenziare gli effetti di altri inquinanti. Allo scopo di tutelare l ambiente dalla fonte di rischio rappresentata da mercurio, cadmio e piombo, nel 1991 venne emanata la direttiva 91/157/CEE il cui scopo principale era quello di vietare la commercializzazione di pile contenenti livelli di metalli pesanti superiori ai limiti prefissati e di imporre una raccolta differenziata per tutte le pile che contenevano questi elementi. 15

11 I-2. Il contributo fornito dalle batterie esauste al flusso di metalli nei RSU Il ciclo di vita delle batterie primarie o secondarie può essere suddiviso in cinque fasi principali [6]: 1. produzione; 2. installazione in apparecchiature alimentate a batterie; 3. utilizzo, gestione e (eventuale) ricarica da parte degli utilizzatori finali; 4. raccolta, trattamento e ricicaggio; 5. smaltimento. Come affermato in precedenza, laddove non esiste un efficace sistema di raccolta differenziata e di riciclaggio, il destino delle batterie e accumulatori portatili è quello di finire nel flusso dei Rifiuti Solidi Urbani e, di qui nelle discariche o negli inceneritori. Qualora le batterie siano classificate come pericolose in relazione ai metalli in esse contenuti, si crea il problema di valutare il rischio di emissioni ambientali connesso con le diverse fasi. Nell ambito del ciclo di vita sopra descritto, batterie e accumulatori portatili hanno durante la fase di produzione un rischio adeguatamente conosciuto e comunque contenuto. Anche durante le fasi di installazione, utilizzo e raccolta esiste una ridottissima rischiosità potenziale di emissione di metalli pesanti nell ambiente, così come contenuto è il rischio di emissione che caratterizza la fase di riciclaggio del prodotto affluente da raccolta differenziata. Al contrario, il rischio appare rilevante nella fase post-consumo se il prodotto viene impropriamente smaltito nel flusso dei RSU anziché raccolto separatamente. 16

12 Un recente studio [4] 7, condotto in Paesi laddove esistono collaudati modelli di raccolta differenziata (Austria, Belgio, Svezia, Olanda, Francia e Germania) ha focalizzato l attenzione sulla presenza di batterie esauste nei RSU e stimato il contributo di questa quota alle emissioni ambientali di metalli pesanti [7] [8] [9]. Sulla base di tali risultati è stato poi stimato il valore di questa stessa variabile per quei Paesi (la maggioranza dei Paesi UE-15 e la totalità dei nuovi Paesi membri dell UE-25) laddove un sistema di raccolta differenziata non esiste o risulta scarsamente efficace. Considerato l ammontare di RSU prodotti annualmente in UE-15, pari a 157,2 milioni di tonnellate (corrispondenti a 110 milioni di tonnellate di peso secco) 8, il quantitativo di metalli pesanti apportati con questo flusso appare rilevante e quantificabile come riassunto in tabella Tabella 5 Quantitativi di alcuni metalli nei RSU Quantità di metalli contenuti nei RSU Quantità (g/tonnellata di peso secco) Corrispondenti apporti di metalli attraverso i RSU in UE-15 (tonnellate) Valore minmax Valore Valore Valore Valore Elemento da medio da peggiore medio da peggiore campionamento (*) campionamenti (90 percentile) campionamenti (90 percentile) Cadmio 0,3-12 6, Nickel Piombo Zinco (*) alcune stime non comprendono la frazione rappresentata dalle batterie 7 Lo studio [4] è reso possibile grazie alle informazioni derivanti dagli EU-Risk Assessment Reports (RAR) condotti su vari metalli quali piombo, zinco, cadmio e nickel [7] [8] [9] 8 Si veda in proposito il paragrafo III-1 17

13 La quantificazione della quota che risulta direttamente riconducibile allo smaltimento di batterie e accumulatori nei RSU è stata oggetto di numerose indagini, i cui risultati (ottenuti in maniera diretta attraverso campionamenti e analisi dettagliata sui flussi di RSU ed in maniera indiretta attraverso l analisi dei residui di incenerimento) hanno permesso di evidenziare le presenze riassunte in tabella: Tabella 6 Tipologie e quantità di batterie presenti nei RSU Tipologia di batterie Grammi per tonnellata Tecnologia presenti nei RSU di RSU umido Non Ricaricabili ZnC Zn Alcalina Manganese Ni-Cd 2-9 Ricaricabili NiMH 0,1-0,3 Piombo/Acido 3,7 Tenuto conto del relativo contenuto medio di acqua e di metalli 9 che contraddistingue le batterie primarie e secondarie, esposto in Tabella 7, è possibile calcolare il contributo di batterie e accumulatori usati al livello di metalli nei RSU, esposto in Tabella 8. 9 Ricordiamo che anche le batterie ZnC e ZnAlk contengono piombo (e, quelle prodotte in passato, anche mercurio e cadmio) ma nelle percentuali minime già esposte in Tabella 4. 18

14 Tabella 7 Contenuto medio di acqua e dei principali metalli in alcuni tipi di batterie Tipologia di batterie presenti nei RSU Tecnologia %H2O % Cd % Ni % Pb % Zn ZnC 5 21,5 Non Zn Alcalina Ricaricabili 5 16 Manganese Ni-Cd 5 13,8 22 Ricaricabili NiMH 8 37 Piombo/Acido Tabella 8 Contributo di batterie e accumulatori ai metalli nei RSU Quantità di metalli Quantità e contenuti nei RSU Incidenza percentuale Incidenza incidenze (g/tonnellata di del quantitativo percentuale del peso secco) massimo sul valore al quantitativo medio apportati da 90 percentile sul valore medio di Elemento batterie e di Tabella 5 Tabella 5 accumulatori Cadmio 0,4-1,7 (media 1,05) 1,7 : 10 17,0% 1,05 : 6,2 16,9% Nickel 0,6-2,7 da Ni-Cd + 0,05-0,15 da NiMH 2,85 : 100 2,85% 1,75 : 69 2,53% (media 1,75) Piombo 2,8 2,8 : 777 0,36% 2,8 : 550 0,51% Zinco (media 31,5) 39 : ,05% 31,5 : ,63% Altri studi, condotti con campionamenti su quantitativi di RSU di minore entità, evidenziano punte massime di cadmio di 4,3 g/t RSU secco, con un valore di rilevanza statistica nel range 0,9-2,5 g/t. 19

15 Similmente, il dato relativo allo zinco evidenzia un valore massimo di 86 g/t RSU secco. Come ricordato in precedenza, i dati relativi alla presenza di batterie nei RSU (dai quali derivano tutte le successive analisi esposte qui di seguito) si riferiscono a valutazioni condotte in Paesi dove esistono efficiaci sistemi di raccolta differenziata: si stima che in altri Paesi, che sono la maggioranza dei Paesi UE-15 e la totalità dei nuovi aderenti un UE-25, tali valori vadano sensibilmente aumentati e, segnatamente per cadmio e zinco, vadano moltiplicati rispettivamente per 3,6 e 3,7 per ottenere un valore stimato sufficientemente descrittivo di tali realtà. Ne deriva una proiezione significativa: da questi dati emergerebbe che, laddove non esistono adeguati sistemi di raccolta e riciclaggio, oltre il 42% del cadmio 10 e oltre il 9% dello zinco 11 rintracciabili nei RSU sono riconducibili allo smaltimento improprio di batterie e accumulatori usati. Una ulteriore serie di considerazioni va inoltre espressa: i dati utilizzati per stimare questo contributo derivano da studi svolti principalmente nel periodo La diffusione delle batterie ricaricabili in UE-15 è invece un fenomeno abbastanza recente e certamente successivo al picco di produzione mondiale di cadmio (e di vendite di batterie Ni-Cd) registrato nel 1997 (si veda in proposito il paragrafo III-6) [1]. 10 (1,05 x 3,6) / [(1,05 x 3,6) + (6,2 1,05)] = 0,42 11 (31,5 x 3,7) / [(31,5 x 3,7) + ( ,5)] = 0,09 20