Reciclaje de baterías

Hemos hablado con Attilio Focarete, director general de PerkinElmer España, Italia y Portugal, para aclarar las dudas, que todos tenemos, sobre baterías y reciclaje. Especialmente, porque las baterías suponen uno de los puntos conflictivos al hablar de medio ambiente y coches eléctricos. Hemos querido saber más y, por ello, la presente entrevista. Agradecemos al señor Focarete que haya compartido todos estos conocimientos con Movilidad Eléctrica.


-¿Hasta qué punto puede mitigar el reciclaje ese aspecto controvertido?

-El reciclaje es, sin duda, un proceso clave para mitigar los efectos negativos que los componentes de las baterías pueden tener sobre el medio ambiente. Hay que recordar que este tipo de baterías, que se utilizan para los vehículos eléctricos, contienen, además de litio, otros minerales esenciales como: cobalto, níquel y cobre. Todos ellos son, productos que se extraen de la tierra a través de la minería. Y debemos controlar su explotación en los próximos años, ya que son recursos naturales no renovables.

Además, al reciclar y reutilizar los componentes de las baterías de iones de litio, estamos evitando que estos materiales potencialmente dañinos acaben en los vertederos; y que contaminen finalmente el suelo, el agua e incluso el aire. Por ejemplo, el litio, que puede filtrarse fácilmente a las aguas subterráneas, es un elemento tóxico para los riñones. También puede provocar fallos respiratorios y otras dolencias.

Attilio Focarete, director general de PerkinElmer España, Italia y Portugal.
Attilio Focarete, director general de PerkinElmer España, Italia y Portugal.

-¿Qué porcentaje de la batería se puede reciclar actualmente?

-Actualmente estamos cerca de poder reciclar hasta el 95% de los componentes de las baterías de iones de litio. Un aspecto determinante en cuanto a los límites del reciclado es que en el momento en que se recicla una batería, es probable que la misma haya estado en funcionamiento durante varios años. Debido a la rápida evolución de los materiales del cátodo, en particular, puede suceder que cuando se realiza el reciclado el material activo ya no cumpla con los requisitos de rendimiento para las aplicaciones modernas.

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Otra problemática es la naturaleza tóxica de ciertos componentes de las baterías de iones de litio. Un ejemplo de ello es el hexafluorofosfato de litio, la sal conductora más común. Este compuesto forma fácilmente ácido fluorhídrico cuando se expone a la humedad del aire.

-¿Será posible en breve llegar al 100%?

-Para acercarse a esto y reutilizar los minerales que contienen las baterías de los coches eléctricos, se necesitan métodos de análisis mejores y más innovadores.

Los análisis son indispensables a lo largo de toda la cadena de valor: desde la extracción de las materias primas hasta el montaje y el reciclaje de las baterías. La detección y caracterización de las impurezas -incluso las más pequeñas- es una tarea esencial y un reto particular. Al fin y al cabo, el litio, el níquel o el cobalto no son 100% puros, ni siquiera directamente después del proceso de extracción.

Durante el proceso de extracción y refinado, se añaden diversas sustancias químicas u otros metales. Pueden aparecer impurezas de cobre o, en el caso de los electrodos, de cloruro, fluoruro o bromuro. Por ello, los laboratorios utilizan métodos analíticos muy sensibles para rastrearlas, como la espectrometría de masas basada en plasma acoplado inductivamente (ICP-MS).

En el examen de las materias primas y el análisis de los materiales reciclados se utilizan métodos de análisis elemental y de caracterización de materiales. Entre ellos, el análisis térmico, el análisis de gases y las técnicas combinadas. Para el análisis elemental, se suele utilizar la espectroscopia de emisión óptica (ICP-OES) y la ya mencionada ICP-MS, que aporta gran sensibilidad. Los métodos basados en el plasma acoplado inductivamente (ICP) determinan todos los elementos que son importantes para los pasos posteriores del trabajo. Asimismo, detectan cualquier impureza presente en los materiales.

En esa línea, PerkinElmer es un proveedor líder de soluciones analíticas de última generación. Ofrece una variedad de instrumentos basados en métodos como el ICP y la espectroscopia de absorción atómica (AA).

Análisis y reciclaje de baterías

-¿Cuál es el objetivo de esos análisis de materiales previos al reciclaje?

-El análisis de los materiales de una batería de iones de litio permite comprender mejor la construcción de las celdas y la química de la batería. La evaluación de la calidad de los distintos materiales también ayuda a garantizar la calidad, estabilidad y seguridad del producto final. Debe quedar claro que estos materiales reciclados deben cumplir las mismas normas de calidad que los materiales vírgenes.

La mezcla de materiales de ánodos y cátodos se analiza con métodos térmicos, como el analizador termogravimétrico (TGA) de PerkinElmer. Así se determina si es necesario realizar pasos adicionales de limpieza o extracción térmica durante el proceso de reciclaje.

Cada parte de una batería y su composición son cruciales para la longevidad, el rendimiento y la seguridad del producto final. Incluso las impurezas más pequeñas tienen un gran impacto, ya que pueden poner en peligro el funcionamiento seguro y limitar el rendimiento de las baterías.

-Tras el análisis, ¿Cómo es el proceso de separación de materiales?

-El procedimiento comienza con la desactivación, la descarga y el desmantelamiento de los antiguos módulos de la batería. A continuación, se trituran las antiguas celdas para acceder a los metales y sustancias químicas que contienen. A partir de ahí, comienza el análisis de los distintos componentes.

Una vez obtenidos los materiales reciclados, requieren el mismo tipo de caracterización que las materias primas vírgenes para garantizar que las nuevas baterías puedan construirse y utilizarse con seguridad.

Sistemas de análisis para los materiales de las baterías

-¿Cuáles son los elementos más reciclables y los más conflictivos?

-Cuando se trata de analizar materiales reciclados, son de especial interés: el litio, el grafito y los óxidos de metales de transición, como el cobalto y el níquel. Pero también se determinan el fósforo, el azufre y el flúor, ya que proporcionan información sobre posibles componentes del electrolito: si están presentes en los materiales que se van a procesar, se producen problemas durante el proceso de reciclaje. El flúor, en particular, puede dificultar los pasos posteriores del reciclaje debido a su naturaleza químicamente agresiva y a su potencial toxicidad.

-¿Cuál es el coste del reciclado de una batería con respecto al coste inicial?

-El papel de PerkinElmer en el proceso de reciclado de baterías se centra en el análisis de los materiales – parte fundamental. El sector del reciclaje, tendrá que lograr mayores economías de escala. Un paso inevitable para acercarse al coste actualmente más bajo de los elementos vírgenes, los productos químicos manufacturados y los polímeros.

-¿Hasta qué punto puede reducir el reciclaje la extracción de materiales?

-El reciclaje permite reutilizar los materiales de las baterías de litio, lo que reduce la necesidad de utilizar materiales vírgenes. Por tanto, siempre será una forma de reducir la explotación de minerales como el cobalto, el níquel y el cobre. Todos ellos son productos que se extraen de la tierra mediante la minería.

-¿Será el reciclaje actual el mismo que utilicen las baterías de estado sólido?

-Las baterías de estado sólido (SSB) plantearán una serie de nuevas oportunidades y riesgos dentro del reciclaje. Una gran ventaja es la ausencia de disolventes volátiles en el electrolito, que supone una gran pérdida en el proceso de reciclaje actual. Sin embargo, es importante recordar también que el metal de litio se utiliza frecuentemente como ánodo en las SSB. En una batería de iones de litio convencional, el ánodo suele ser de grafito. Es mucho más fácil y seguro de manejar en un entorno ambiental.

Actualmente se están investigando varias configuraciones de SSB, cada una de ellas con sus propias ventajas y dificultades.

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