- Dependiendo de la técnica de reciclado, los productos de estos procesos pueden necesitar un refinado posterior para su reintroducción como nuevas baterías
Conrad Nichols*
Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en diversos mercados, como la electrónica de consumo, los vehículos eléctricos y el almacenamiento estacionario de energía. Sin embargo, a medida que aumenta la demanda de baterías de iones de litio, se hace cada vez más necesario gestionar su sostenibilidad a lo largo de todo su ciclo de vida, incluido el final de su vida útil.
Al final de su vida útil, las baterías de iones de litio pueden reciclarse para recuperar los valiosos metales que contienen, como níquel, cobalto y litio. Dependiendo de la técnica de reciclado empleada, los productos de estos procesos pueden necesitar un refinado o procesado posterior para permitir su reintroducción en la fabricación de nuevas baterías.
En su último informe, “Mercado de reciclaje de baterías de iones de litio 2023-2043”, IDTechEx discute y analiza tres tecnologías clave de reciclaje que están siendo empleadas por los actores comerciales, incluyendo el reciclaje mecánico, hidrometalúrgico y pirometalúrgico.
Reciclaje mecánico
El procesamiento mecánico es la técnica más sencilla, empleada por muchas empresas en todo el mundo, y suele ser el paso inicial en el reciclaje de baterías de iones de litio. Suele comenzar con una fase de desmontaje, que se realiza manualmente debido a las diferencias en el diseño de las baterías de los vehículos eléctricos y requiere mano de obra cualificada. A continuación, los pasos típicos incluyen la trituración, la molienda y el aplastamiento. Esto descompone los materiales de alto valor, los separa de las láminas y la carcasa, y se realiza en una atmósfera inerte. A menudo, se utiliza el tamizado para separar los fragmentos más grandes de los colectores de corriente, las carcasas y los separadores de los materiales de los electrodos, que están formados por polvos muy finos. Esto da lugar a la producción de masa negra, que requiere un refinado posterior mediante procesamiento hidrometalúrgico o pirometalúrgico para producir sales metálicas aptas para baterías. En la actualidad, la mayoría de los operadores de Europa y Norteamérica solo tienen capacidad de reciclado mecánico. Por lo tanto, la mayoría de estos recicladores no tienen actualmente la capacidad de producir materiales aptos para pilas que estén listos para ser introducidos en la fabricación de nuevas pilas. Esta masa negra se transporta normalmente a recicladores de la región Asia-Pacífico que tienen estas capacidades.
Reciclaje pirometalúrgico
La pirometalurgia se refiere al uso del calor para extraer materiales de baterías, normalmente a gran velocidad en un horno de arco eléctrico o de cuba. Entre las ventajas de este proceso cabe citar la escasa necesidad de pretratamiento y el hecho de que es independiente de la química de la batería, por lo que puede recibir como materia prima diversos flujos de residuos que contengan metales, como baterías de NiMH, Ni-Cd y Li-ion. Sin embargo, el proceso requiere mucho capital y energía, además de depuración de gases. La pirometalurgia produce una aleación metálica mixta, así como un flujo de escoria, que contiene litio, manganeso y aluminio. Por lo tanto, aún sería necesario un procesamiento hidrometalúrgico posterior si se quisieran volver a obtener todos los metales valiosos con grado de batería.
Reciclaje hidrometalúrgico
Las técnicas hidrometalúrgicas pueden utilizarse para reciclar directamente la masa negra o refinar las aleaciones producidas a partir de la pirometalurgia para formar sales metálicas aptas para baterías. Estas sales pueden reintroducirse en la fabricación de nuevos precursores de cátodos y son, por tanto, de mayor valor que la masa negra producida a partir del reciclado mecánico. En el reciclado hidrometalúrgico, la lixiviación, la extracción con disolventes o los pasos de precipitación pueden emplearse para extraer selectivamente metales como el níquel y el cobalto de la masa negra producida por el reciclado mecánico en forma de sales aptas para baterías. Las principales ventajas del reciclado hidrometalúrgico son que se pueden recuperar más metales valiosos y que requiere menos energía que el reciclado pirometalúrgico. Sin embargo, el costo de los reactivos y el elevado consumo de agua plantean algunos inconvenientes. Aunque, en entrevistas con IDTechEx, algunos recicladores han comentado que son capaces de ciclar el agua varias veces mediante el proceso de reciclado para maximizar su eficiencia.
En la actualidad, la mayor parte de la capacidad de reciclaje hidrometalúrgico se encuentra en la región de Asia-Pacífico, con empresas clave como SungEel HiTech, Exigo Recycling y ACE Green Recycling. Sin embargo, empresas de Europa y EEUU reconocen las ventajas del procesamiento hidrometalúrgico y están ampliando su capacidad. Fortum ha iniciado recientemente las operaciones comerciales de su planta hidrometalúrgica de Harjavalta (Finlandia). Se trata de la primera instalación de reciclado hidrometalúrgico a escala comercial de Europa. En Estados Unidos, Li-Cycle tiene previsto establecer también su propia planta hidrometalúrgica a escala comercial.
Otras técnicas
Aunque estos son, en general, los tres procesos más desarrollados por los agentes del reciclado de baterías de iones de litio, se están explorando otras vías. En concreto, el reciclado directo es una técnica que implica pasos mecánicos de preprocesamiento y separación de componentes, seguidos de la reactivación del material de la batería para recuperar la capacidad perdida durante los ciclos, pero sin romper la estructura cristalina del material del cátodo. Sin embargo, se trata de una tecnología precomercializada que están investigando organismos de investigación a escala de laboratorio.
Observaciones finales
Los fabricantes de baterías desean abastecerse de materiales producidos a partir del reciclado para mitigar las fluctuaciones de los precios de los metales y domesticar el suministro de materiales. A medida que aumente el volumen de baterías de iones de litio al final de su vida útil, los recicladores seguirán ampliando su capacidad de reciclaje mediante la construcción de nuevas plantas para satisfacer la demanda.
Al reciclar las baterías de iones de litio mediante procesos hidrometalúrgicos, los recicladores pueden producir sales metálicas aptas para baterías, que pueden utilizarse en la fabricación de nuevas baterías. Las capacidades de reciclado hidrometalúrgico y mecánico crecerán en Norteamérica, Europa y Asia-Pacífico. Los recicladores de Europa y Norteamérica empezarán a establecer instalaciones de reciclaje hidrometalúrgico a escala comercial para producir sales metálicas de mayor valor para las pilas, en lugar de la masa negra que han producido tradicionalmente.
Esto brindará a los fabricantes de baterías de estas regiones la oportunidad de empezar a domesticar su suministro de materiales para la fabricación de nuevas baterías, reduciendo al mismo tiempo los riesgos relacionados con el suministro de materias primas y la fluctuación de los costos.
Para más información sobre tecnologías, actores clave, políticas, economía y previsiones granulares del mercado de reciclaje a 20 años, consulte este enlace.
* Analista tecnológico de IDTechEx
Fotografía: IDTechEx
