El reciclaje de baterías de iones de litio reduce las emisiones y fortalece la cadena de suministro

Investigadores han cuantificado la huella ambiental del proceso de reciclaje  de baterías de iones de litio y aseguran que emite menos de la mitad de los gases de efecto invernadero que la minería y el refinamiento convencionales y utiliza aproximadamente una cuarta parte del agua y la energía.

Según un nuevo análisis del ciclo de vida de las baterías de iones de litio publicado en Nature Communications, el reciclaje de estas baterías para recuperar sus metales esenciales tiene un impacto ambiental significativamente menor que la extracción de metales vírgenes. A gran escala, el reciclaje también podría ayudar a aliviar la inseguridad de suministro a largo plazo (física y geopolítica) de los minerales esenciales para las baterías.

Los recicladores de baterías de iones de litio obtienen materiales de dos fuentes principales: material de desecho defectuoso de los fabricantes de baterías y las llamadas baterías «muertas», que en su mayoría se recogen en los lugares de trabajo. El proceso de reciclaje extrae litio, níquel, cobalto, cobre, manganeso y aluminio de estas fuentes.

El estudio cuantificó la huella ambiental de este proceso de reciclaje y descubrió que emite menos de la mitad de los gases de efecto invernadero (GEI) que la minería y el refinamiento convencionales de estos metales y utiliza aproximadamente una cuarta parte del agua y la energía que se utilizan para la extracción de nuevos metales.

Los beneficios ambientales son aún mayores para el flujo de chatarra, que comprendía alrededor del 90% del suministro reciclado estudiado, llegando al 19% de las emisiones de GEI de la minería y el procesamiento, el 12% del uso de agua y el 11% del uso de energía. Si bien no se midió específicamente, el uso reducido de energía también se correlaciona con menos contaminantes del aire como el hollín y el azufre.

«Este estudio nos dice que podemos diseñar el futuro del reciclaje de baterías para optimizar los beneficios ambientales. Podemos escribir el guion», afirma William Tarpeh, profesor adjunto de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Stanford, en EE.UU., y autor principal del estudio.

Ubicación, electricidad y transporte

Los impactos ambientales del reciclaje de baterías dependen en gran medida de la ubicación de la instalación de procesamiento y de la fuente de electricidad.

«Una planta de reciclaje de baterías en regiones que dependen en gran medida de la electricidad generada mediante la quema de carbón vería reducida su ventaja climática», explica Samantha Bunke, estudiante de doctorado en Stanford y una de las tres investigadoras principales del estudio.

«Por otra parte, la escasez de agua dulce en regiones con electricidad más limpia es una gran preocupación», añade Bunke.

La mayoría de los datos del estudio sobre reciclaje de baterías provienen de Redwood Materials, en Nevada, la instalación de reciclaje de baterías de iones de litio a escala industrial más grande de Norteamérica, que se beneficia de la combinación energética más limpia del oeste de Estados Unidos, que incluye energía hidroeléctrica, geotérmica y solar.

El transporte también es un factor crucial. Por ejemplo, en la minería y el procesamiento del cobalto, el 80% del suministro mundial se extrae en la República Democrática del Congo. Luego, el 75% del suministro de cobalto para baterías viaja por carretera, ferrocarril y mar hasta China para su refinación. Mientras tanto, la mayor parte del suministro mundial de litio se extrae en Australia y Chile. La mayor parte de ese suministro también llega a China. El proceso equivalente para el reciclaje de baterías es la recolección de baterías usadas y desechos, que luego deben transportarse a la planta de reciclaje.

«Hemos determinado que la distancia total de transporte para la minería y el refinado convencionales de los metales activos de una batería es de unas 35.000 millas (57.000 kilómetros) en promedio. Eso equivale a dar la vuelta al mundo una vez y media», afirma Michael Machala, también autor principal del estudio.

«Nuestra estimación del transporte total de baterías usadas desde un teléfono celular o un vehículo eléctrico hasta una hipotética instalación de refinación en California fue de alrededor de 140 millas (225 kilómetros)», agrega Machala, que era investigador postdoctoral en el Instituto Precourt de Energía de Stanford en el momento de la investigación y ahora es científico del Instituto de Investigación Toyota. Esta distancia se basó en ubicaciones óptimas presuntas para futuras instalaciones de refinación en un escenario de abundancia de baterías reciclables en Estados Unidos.

Un proceso más sostenible

Los resultados ambientales de Redwood no representan el desempeño ambiental general de la naciente industria del reciclaje de baterías. La pirometalurgia convencional, un paso clave de refinación, consume mucha energía y normalmente requiere temperaturas de más de 2550 grados Fahrenheit (1.400 grados Celsius).

Sin embargo, Redwood ha patentado un proceso llamado «calcinación reductiva», que requiere temperaturas considerablemente más bajas, no utiliza combustibles fósiles y produce más litio que los métodos convencionales.

«Están surgiendo otros procesos pirometalúrgicos similares al de Redwood en laboratorios que también operan a temperaturas moderadas y no queman combustibles fósiles», dice el tercer autor principal, Xi Chen, investigador postdoctoral en Stanford durante la investigación y ahora profesor asistente en la City University de Hong Kong.

«Cada vez que hablábamos de nuestra investigación, las empresas nos hacían preguntas e incorporaban lo que estábamos descubriendo en prácticas más eficientes», añade Chen. «Este estudio puede servir de base para la ampliación de las empresas de reciclaje de baterías, como la importancia de elegir buenas ubicaciones para las nuevas instalaciones. California no tiene el monopolio de las baterías de iones de litio envejecidas de los teléfonos móviles y los vehículos eléctricos».

Lento crecimiento de la industria

El reciclaje de baterías a escala industrial está creciendo, pero no con la suficiente rapidez, según Tarpeh.

«Se prevé que nos quedemos sin cobalto, níquel y litio nuevos en la próxima década. Probablemente solo extraigamos minerales de menor calidad durante un tiempo, pero 2050 y los objetivos que tenemos para ese año no están muy lejos», afirma.

Si bien Estados Unidos recicla actualmente alrededor del 50% de las baterías de iones de litio disponibles, durante décadas ha reciclado con éxito el 99% de las baterías de plomo-ácido. «Dado que las baterías de iones de litio usadas contienen materiales con un valor económico hasta diez veces mayor, la oportunidad es significativa», añade Tarpeh.

«Para un futuro con un suministro mucho mayor de baterías usadas, necesitamos diseñar y preparar hoy un sistema de reciclaje que vaya desde la recolección hasta el procesamiento para convertirlas en nuevas baterías con un impacto ambiental mínimo», asegura. Además, «es de esperar que los fabricantes de baterías también tengan más en cuenta la reciclabilidad en sus diseños futuros».