¿Qué pasará cuando se agoten millones de baterías de coches eléctricos?

Apr 27, 2023

El mercado de automóviles eléctricos está creciendo durante la campaña global concertada para reducir las emisiones en el camino hacia un futuro de cero emisiones netas.

Las ventas de vehículos eléctricos aumentaron un 60 por ciento el año pasado, superando la marca de los 10 millones por primera vez, según muestran las cifras del Foro Económico Mundial.

Recientemente, en 2017, los vehículos eléctricos representaron solo uno de cada 70 automóviles de pasajeros nuevos vendidos, pero para 2022 representaron una de cada siete de esas ventas.

El auge del vehículo eléctrico no muestra signos de desaceleración, pero ¿podría su popularidad resultar problemática para el medio ambiente?

Un desafío creado por el cambio a la electricidad es cómo lidiar con las baterías gastadas que alimentan los vehículos eléctricos. Las estimaciones sugieren que millones de toneladas de baterías llegarán al final de su vida útil solo en la década de 2020.

Cuando se agote la vida útil de aproximadamente 10 años de una batería, idealmente se usará para el almacenamiento de energía estacionario, como en los hogares o como respaldo para mejorar la estabilidad de las redes eléctricas, antes de ser eventualmente reciclada.

Enviar baterías al vertedero sería un desperdicio y perjudicial para el medio ambiente, mientras que la extracción de algunos materiales está asociada con preocupaciones ambientales y de derechos humanos, lo que hace que el reciclaje para permitir la reutilización sea especialmente importante.

En diciembre, en un movimiento que puede replicarse en otros lugares, la UE aprobó una ley que exige a los fabricantes de automóviles que reciclen las baterías gastadas y recuperen una proporción mínima de los materiales.

Muchos grupos de investigación universitarios y empresas emergentes están desarrollando mejores formas de extraer estas valiosas sustancias para permitir su reutilización en baterías nuevas.

El Dr. Sebastian Leaper, director ejecutivo de Watercycle Technologies, centro, y el Dr. Ahmed Abdelkarim, su director de tecnología, a la derecha, con miembros del equipo de laboratorio. Foto: Tecnologías del ciclo del agua

Entre ellos se encuentra Watercycle Technologies, que se fundó en 2020 y se separó de la Universidad de Manchester en el Reino Unido.

Según el Dr. Sebastian Leaper, su director ejecutivo, sin un reciclaje efectivo de los materiales, el sector "simplemente estaría en deuda con la disponibilidad de recursos naturales".

"Lo que representa la sostenibilidad, lo que el cero neto representa en cierto modo es la liberación de las cadenas de la escasez de recursos, que es en lo que se basan las economías de combustibles fósiles", dice el Dr. Leaper, que es del Reino Unido.

"Necesitas tener una economía circular en la que todos estos metales se reciclen para que sea sostenible".

En comparación con muchos otros materiales, los metales son ideales para el reciclaje porque, en teoría, se pueden reciclar infinitamente. El papel, por el contrario, se puede reciclar solo unas siete veces, porque las fibras se acortan y se debilitan.

Sin embargo, extraer y purificar los metales de las baterías de los vehículos eléctricos no es fácil, porque a menudo las células tienen que triturarse, creando una sustancia llamada masa negra, una mezcla de elementos como grafito, níquel, manganeso, cobalto y litio.

A menudo, la masa negra se usa principalmente para la extracción de níquel y cobalto, ambos metales de alto valor.

El litio es fundamental para el funcionamiento de las baterías de iones de litio y, a medida que aumenta la demanda de baterías, también lo hace el precio, que se cuadruplicó en 2021. De acuerdo con esto, dice el Dr. Leaper, la tecnología de reciclaje se ha desplazado más hacia la extracción de litio también.

Watercycle Technologies ha trabajado para llevar las cosas un paso más allá, además de extraer carbonato de litio de grado comercial de las baterías gastadas, además de extraer grafito puro, que también se puede reutilizar.

Una forma de carbono, el grafito tiene un valor mucho menor que el litio, pero se usa en cantidades mucho mayores, siendo el componente individual más grande de algunas baterías EV, por lo que el valor de las dos sustancias por batería es casi el mismo.

La empresa ha desarrollado su tecnología en sociedad con una firma llamada RSBruce en Sheffield, al este de Manchester.

Existen varios enfoques para extraer las sustancias de las baterías de vehículos eléctricos gastadas. Uno, llamado pirometalúrgico, hace uso de los métodos de pirometalurgia, donde los materiales se calientan a temperaturas extremas, lo que les permite separarse porque tienen diferentes puntos de fusión.

De acuerdo con su nombre, Watercycle Technologies, sin embargo, adopta un enfoque hidrometalúrgico, en el que el agua y varios reactivos separan los componentes químicamente. A diferencia de otros métodos, se dice que la tecnología no produce aguas residuales contaminadas.

La compañía dice que su método se puede usar con baterías basadas en varios tipos de química. Algunas son baterías de litio-níquel-manganeso-óxido de cobalto, abreviadas como NMC. Otro tipo clave de batería es el litio-hierro-fosfato o LFP (la F proviene del símbolo químico del hierro, Fe), que tienen menor densidad de potencia pero son más baratas.

"NMC en términos de rendimiento sigue siendo superior, pero LFP está creciendo rápidamente, particularmente en China. Tiene un kilometraje ligeramente menor en su automóvil, pero duran más y son más baratos de producir", dice el Dr. Leaper.

Watercycle Technologies dice que su tecnología es aplicable a una amplia gama de tipos de baterías.

"Tener mezclas permite a los recicladores recolectar baterías de diferentes lugares y no tener que preocuparse demasiado por la separación aguas arriba. Usaríamos una técnica similar para tratar esas diferentes baterías", dice el Dr. Leaper.

Los procesos de reciclaje de baterías de plomo-ácido del tipo que se usa típicamente en vehículos de gasolina o diésel pueden recuperar alrededor del 98 por ciento de los materiales. Para las baterías de vehículos eléctricos, las tasas de reciclaje del litio son de alrededor del 70 por ciento, por lo que es posible una mejora sustancial.

"Creemos que la tasa de recuperación de litio será mucho mayor que el 70 por ciento", dice el Dr. Ahmed Abdelkarim, director de tecnología de Watercycle Technologies, que es de Egipto.

Según el profesor Karl Ryder, de la Universidad de Leicester en el Reino Unido, existe una tendencia creciente a que las baterías de los automóviles se diseñen para el reciclaje. Él y sus colegas están involucrados en el trabajo para facilitar la extracción de los materiales.

Algunas formas, dice, implican desmontar las células en lugar de triturarlas para producir una masa negra.

"Es más elegante desde el punto de vista tecnológico y, a la larga, más sostenible desde el punto de vista económico tratar de separar los materiales valiosos en la fuente en lugar de triturarlos", dice.

"La forma inteligente de intentar diseñar para que tenga un proceso de desmontaje que le permita recuperar los materiales de los componentes".

Esto puede implicar la creación de adhesivos, por ejemplo, que permitan un fácil desmontaje. Tales consideraciones reflejan una tendencia más amplia en la industria automotriz, impulsada por la legislación, de hacer que los vehículos en su conjunto sean más reciclables.

La racionalización de los procesos de reciclaje puede resultar complicada por la forma en que las baterías varían de una empresa de automóviles a otra.

“Cada fabricante tiene una forma diferente, lo que dificulta diseñar un proceso genérico”, dice. "[También] se han desarrollado y optimizado muchos materiales sin pensar en cómo se recuperarán".

Mientras tanto, en un momento en que la cantidad de baterías de EV gastadas está a punto de aumentar, Watercycle Technologies está buscando comercializar su tecnología, posiblemente a través de una asociación con un importante fabricante de vehículos, que podría hacer que la empresa cree una planta de reciclaje de baterías.

El proceso de la empresa, dice el Dr. Leaper, ha demostrado que funciona cuando se procesan kilogramos de material por día, pero es necesario acelerarlo.

"El proceso es fundamentalmente escalable... pero necesitamos llegar a la etapa piloto para hacer esto durante un largo período de tiempo a escala de toneladas por día para luego validar la tecnología y probar los materiales que se producen: la calidad del grafito y litio, etc", dice.

"Si esa versión es comercialmente viable, podría ser cuestión de meses pasar de allí a un sistema a escala comercial".