Un artículo de Science revela un aspecto poco conocido sobre los tos eléctricos y lo que pasa con el fin de la vida útil de sus baterías de Litio y la preocuación crecer debido a que al menos 145 millones de vehículos eléctricos estarán en las carreteras para 2030.
Las baterías generalmente se definen por los metales en el cátodo. Hay tres tipos principales: níquel-cobalto-aluminio, hierro-fosfato y níquel-manganeso-cobalto.
El siguiente es el artículo completo:
La batería de un Tesla Model S es una proeza de intrincada ingeniería. Miles de celdas cilíndricas con componentes provenientes de todo el mundo transforman el litio y los electrones en energía suficiente para impulsar el automóvil cientos de kilómetros, una y otra vez, sin emisiones de escape. Pero cuando la batería llega al final de su vida útil, sus beneficios ecológicos se desvanecen. Si termina en un vertedero, sus células pueden liberar toxinas problemáticas, incluidos metales pesados. Y reciclar la batería puede ser un negocio peligroso, advierte la científica de materiales Dana Thompson de la Universidad de Leicester. Si se corta demasiado profundo en una celda Tesla, o en el lugar equivocado, puede provocar un cortocircuito, arder y liberar humos tóxicos.
Ese es solo uno de los muchos problemas que enfrentan los investigadores, incluido Thompson, que están tratando de abordar un problema emergente: cómo reciclar los millones de baterías de vehículos eléctricos (EV) que los fabricantes esperan producir en las próximas décadas. Las baterías de vehículos eléctricos actuales “en realidad no están diseñadas para ser recicladas”, dice Thompson, un investigador en la Institución Faraday, un centro de investigación enfocado en problemas de baterías en el Reino Unido.
Eso no fue un gran problema cuando los vehículos eléctricos eran raros. Pero ahora la tecnología está despegando. Varios fabricantes de automóviles han dicho que planean eliminar gradualmente los motores de combustión en unas pocas décadas, y los analistas de la industria predicen que al menos 145 millones de vehículos eléctricos estarán en las carreteras para 2030, en comparación con solo 11 millones el año pasado. «La gente está empezando a darse cuenta de que esto es un problema», dice Thompson.
Los gobiernos están avanzando poco a poco para exigir algún nivel de reciclaje. En 2018, China impuso nuevas reglas destinadas a promover la reutilización de los componentes de la batería de los vehículos eléctricos. Se espera que la Unión Europea ultime sus primeros requisitos este año. En los Estados Unidos, el gobierno federal aún tiene que avanzar en los mandatos de reciclaje, pero varios estados, incluido California, el mercado de automóviles más grande del país, están explorando la posibilidad de establecer sus propias reglas.
Cumplir no será fácil. Las baterías difieren ampliamente en química y construcción, lo que dificulta la creación de sistemas de reciclaje eficientes. Y las células a menudo se mantienen unidas con pegamentos resistentes que dificultan su desmontaje. Eso ha contribuido a un obstáculo económico: a menudo es más barato para los fabricantes de baterías comprar metales recién extraídos que utilizar materiales reciclados.
Los investigadores señalan que mejores métodos de reciclaje no solo evitarían la contaminación, sino que también ayudarían a los gobiernos a impulsar su seguridad económica y nacional al aumentar el suministro de metales clave para baterías que están controlados por una o unas pocas naciones. “Por un lado, [deshacerse de las baterías de los vehículos eléctricos] es un problema de gestión de residuos. Y, por otro lado, es una oportunidad para producir un flujo secundario sostenible de materiales críticos ”, dice Gavin Harper, investigador de la Universidad de Birmingham que estudia cuestiones de política de vehículos eléctricos.
Para impulsar el reciclaje, los gobiernos y la industria están invirtiendo dinero en una variedad de iniciativas de investigación. El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) ha invertido unos $ 15 millones en un Centro ReCell para coordinar los estudios de científicos del mundo académico, la industria y los laboratorios gubernamentales. El Reino Unido ha respaldado el proyecto ReLiB, un esfuerzo de múltiples instituciones. A medida que la industria de los vehículos eléctricos aumenta, la necesidad de progreso se vuelve urgente, dice Linda Gaines, quien trabaja en el reciclaje de baterías en el Laboratorio Nacional Argonne del DOE. «Cuanto antes podamos poner todo en movimiento», dice, «mejor».
LAS BATERÍAS DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS se construyen un poco como muñecos anidados. Por lo general, un paquete principal contiene varios módulos, cada uno de los cuales se construye a partir de numerosas celdas más pequeñas (consulte el gráfico a continuación). Dentro de cada celda, los átomos de litio se mueven a través de un electrolito entre un ánodo de grafito y una lámina de cátodo compuesta por un óxido metálico. Las baterías generalmente se definen por los metales en el cátodo. Hay tres tipos principales: níquel-cobalto-aluminio, hierro-fosfato y níquel-manganeso-cobalto.
Los científicos están trabajando para garantizar que las baterías de vehículos eléctricos (EV) que se venden hoy puedan reciclarse en 2030 y más allá, cuando miles de baterías llegarán al final de sus vidas todos los días. Las baterías para vehículos eléctricos vienen en muchos diseños, pero generalmente comparten estos componentes.
Ahora, los recicladores apuntan principalmente a metales en el cátodo, como el cobalto y el níquel, que alcanzan precios elevados. (El litio y el grafito son demasiado baratos para que el reciclaje sea económico). Pero debido a las pequeñas cantidades, los metales son como agujas en un pajar: difíciles de encontrar y recuperar.
Para extraer esas agujas, los recicladores se basan en dos técnicas, conocidas como pirometalurgia e hidrometalurgia. La más común es la pirometalurgia, en la que los recicladores primero trituran mecánicamente la celda y luego la queman, dejando una masa carbonizada de plástico, metales y pegamentos. En ese momento, pueden usar varios métodos para extraer los metales, incluida la quema adicional. «Pyromet esencialmente trata la batería como si fuera un mineral» directamente de una mina, dice Gaines. La hidrometalurgia, por el contrario, implica sumergir los materiales de la batería en charcos de ácido, produciendo una sopa cargada de metal. A veces, los dos métodos se combinan.
Cada uno tiene ventajas y desventajas.
La pirometalurgia, por ejemplo, no requiere que el reciclador conozca el diseño o la composición de la batería, o incluso si está completamente descargada, para poder avanzar con seguridad. Pero consume mucha energía.
La hidrometalurgia puede extraer materiales que no se obtienen fácilmente mediante la quema, pero puede involucrar productos químicos que presentan riesgos para la salud. Y recuperar los elementos deseados de la sopa química puede ser difícil, aunque los investigadores están experimentando con compuestos que prometen disolver ciertos metales de la batería pero dejan otros en forma sólida, lo que facilita su recuperación. Por ejemplo, Thompson ha identificado un candidato, una mezcla de ácidos y bases llamada solvente eutéctico profundo, que disuelve todo menos el níquel.
Ambos procesos producen una gran cantidad de desechos y emiten gases de efecto invernadero, según los estudios. Y el modelo comercial puede ser inestable: la mayoría de las operaciones dependen de la venta de cobalto recuperado para mantenerse en el negocio, pero los fabricantes de baterías están tratando de alejarse de ese metal relativamente caro. Si eso sucede, los recicladores podrían quedarse tratando de vender montones de «tierra», dice la científica de materiales Rebecca Ciez de la Universidad de Purdue.
