Energía
Reciclaje de baterías de iones de litio agotadas: una panorámica de 2023
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La combustión de combustibles fósiles afecta al medio ambiente. Según el combustible y las condiciones de combustión, genera dióxido de carbono, agua, monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno y azufre. Varios contaminantes son nocivos para la salud, mientras que las emisiones de CO₂ contribuyen al calentamiento global. Esta panorámica examina el reciclaje de baterías y ejemplos empresariales desde la perspectiva de 2023.
La transición desde los combustibles fósiles aumenta la demanda de baterías. Una previsión histórica recogida en el artículo original estimaba que el tamaño del mercado global de baterías crecería de 112.000 millones de dólares estadounidenses en 2021 a 424.000 millones en 2030. Es una previsión antigua, no la facturación real de 2023. Incluía baterías de iones de litio, zinc-dióxido de manganeso, plomo-ácido, níquel-hidruro metálico, níquel-cadmio, sodio-azufre, níquel-zinc, pequeñas baterías selladas de plomo y baterías de flujo.
En aquella previsión, las baterías de iones de litio y plomo representaban las mayores cuotas; las demás tecnologías compartían el resto.
De los 424.000 millones de dólares previstos para 2030, unos 257.000 millones correspondían a los iones de litio y 121.000 millones al plomo. Con estas cifras redondeadas, las cuotas son aproximadamente el 60,6% y el 28,5%, en conjunto el 89,2%. Por tanto, quedaba alrededor del 10,8% para otras tecnologías, no el 13%.
¿Dónde se utilizan estas baterías?
Las baterías de iones de litio se encuentran comúnmente en la mayoría de los dispositivos electrónicos portátiles de consumo a nuestro alrededor, incluidos teléfonos móviles y portátiles. También son la opción principal para la mayoría de los vehículos totalmente eléctricos y los híbridos enchufables (PHEV), que están ganando tracción a un ritmo significativamente rápido.
Las baterías de plomo tienen menor energía específica que las de iones de litio y pueden perder rendimiento con el frío. Su bajo coste y tecnología consolidada las hacen útiles para arranque, alimentación de reserva y cargas auxiliares. La duración y la eficiencia dependen del diseño y del uso.
Las baterías de níquel-metal hidruro se utilizan en ordenadores y equipos médicos y también son significativas en vehículos eléctricos híbridos. Con el aumento constante en el uso de dispositivos electrónicos y el incremento constante de la cuota de mercado de los vehículos eléctricos, el uso de baterías está destinado a aumentar inevitablemente.
Las baterías tienen una vida útil limitada. Cuando dejan de ser adecuadas para su función original, deben evaluarse para su reutilización o entregarse a sistemas apropiados de recogida y reciclaje. La gestión de las celdas agotadas es un reto creciente en un mundo electrificado.
Vida útil de la batería: Una breve visión general
Las baterías pueden diferir en su capacidad, lugar de uso y material del que están compuestas. Cada factor juega un papel en cuánto tiempo debe durar una batería. La categoría de baterías más popular es la de iones de litio. Y los vehículos eléctricos son la categoría de uso que despliega estas baterías a gran escala.
Las baterías de los vehículos eléctricos pertenecen a la misma familia amplia que muchas baterías de móviles y portátiles, pero tienen diseños y sistemas de gestión distintos. Ofrecen elevada energía respecto a su masa y volumen, buena eficiencia y baja autodescarga. La gestión térmica es importante: las temperaturas elevadas no son generalmente beneficiosas y pueden acelerar la degradación.
Según el diseño, un paquete para un vehículo eléctrico puede contener cientos o miles de celdas; no todos superan las 2.000. En 2022 National Grid describía una duración prevista de unas 100.000–200.000 millas, aproximadamente 160.000–320.000 kilómetros, y de 15–20 años en el vehículo. Son estimaciones, no garantías para cada batería: la duración real depende de la química, la temperatura y el uso.
Los riesgos de gestionar celdas agotadas
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos estima que la mayoría de las baterías de iones de litio desechadas pueden cumplir las definiciones de residuo peligroso inflamable y reactivo de la RCRA. Los residuos domésticos tienen una exención jurídica, pero eso no elimina el riesgo de incendio. Incluso una batería aparentemente descargada puede conservar energía peligrosa. Debe entregarse a una recogida apropiada, no a la basura doméstica ni al contenedor habitual de reciclaje.
Las celdas dañadas pueden liberar electrolito y crear riesgos químicos o de incendio. Las baterías de iones de litio no deben confundirse con las que contienen litio metálico. Las unidades dañadas deben gestionarse siguiendo las indicaciones del fabricante y del receptor. El reciclaje también recupera materiales valiosos y reduce la carga ambiental.
Un estudio de 2013 examinó 16 baterías de teléfonos móviles mediante pruebas normalizadas de lixiviación y evaluaciones del riesgo. Encontró cantidades elevadas de aluminio, cobalto y cobre. En las muestras de iones de litio, el contenido de plomo del líquido de lixiviación fue de 6,29 mg/L de media, con desviación estándar de 11,1 mg/L, frente al límite de 5 mg/L. Es un resultado de aquellas muestras, no una concentración general de todas las baterías modernas de vehículos eléctricos.
El mismo estudio comparó las concentraciones totales con límites californianos: cobalto, media de 163.544 mg/kg (desviación estándar 62.897; límite 8.000); cobre, 98.694 mg/kg (28.734; límite 2.500); y níquel, 9.525 mg/kg (11.438; límite 2.000). Los resultados corresponden a las muestras estudiadas. Las químicas varían: por ejemplo, los cátodos de litio-ferrofosfato no contienen cobalto ni níquel.
El estudio también registró superaciones de límites californianos de lixiviación para cromo, plomo y talio en muestras analizadas. Estos resultados indican riesgos potenciales para la salud y el medio ambiente. Recuperar materiales también reduce la pérdida de recursos y la necesidad de nueva extracción.
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¿Cómo se reciclan las celdas agotadas?
La manipulación inadecuada de las celdas agotadas puede provocar cortocircuitos, incendios y gases tóxicos. El reciclaje requiere equipos apropiados y procesos controlados.
Un reciclaje eficiente puede limitar la contaminación y proporcionar una fuente secundaria de materiales críticos. En noviembre de 2023, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía estadounidense presentaron un método de laboratorio para las baterías de iones de litio.
El método de laboratorio utiliza ácido cítrico disuelto en etilenglicol para lixiviar y separar metales del material catódico usado. El ácido cítrico está presente en los cítricos, pero el etilenglicol es nocivo para la salud. Se trata de un proceso químico controlado, no de instrucciones para sumergir paquetes completos de baterías en casa. Durante la descarga, el cátodo es el electrodo positivo.
ORNL describía el cátodo como un componente costoso que, en ese contexto, podía superar el 30% del coste de la batería. En el experimento se lixiviaron casi todo el cobalto y el litio sin introducir impurezas; después se recuperó más del 96% del cobalto en unas horas, sin añadir productos para ajustar manualmente la acidez. Lixiviación y recuperación son resultados distintos, no una tasa comercial de reciclaje de paquetes completos.
Según Lu Yu, el investigador principal del proyecto:
«Es la primera vez que un mismo sistema de disolución abarca las funciones de lixiviación y recuperación».
La combinación de ambas funciones fue el aspecto destacado por el equipo.
Estos métodos necesitan más desarrollo para su aplicación industrial. Sin embargo, varias empresas ya trabajaban en el reciclaje de baterías agotadas en 2023. Los siguientes son ejemplos históricos.
1. American Battery Technology Company
American Battery Technology Company (ABAT ) ha desarrollado un proceso de reciclaje de baterías de circuito cerrado para separar y recuperar materiales críticos de baterías que se acercan al final de su vida útil. Sin embargo, sus esfuerzos no se detienen en la separación y recuperación.
ABTC describe un proceso que purifica metales hasta alcanzar calidad para baterías. Según la empresa, busca evitar la fundición a alta temperatura, limitar emisiones y residuos y reducir las necesidades de capital. Son descripciones empresariales de las ventajas del proceso, no pruebas de un impacto ambiental nulo de toda la actividad. La capacidad se dimensiona según los residuos disponibles.
ABAT Gráfico de precios
El informe del primer trimestre del ejercicio fiscal 2024, publicado el 15 de noviembre de 2023 y referido al periodo terminado el 30 de septiembre de 2023, describía el inicio de la primera planta comercial de reciclaje de ABTC. Las 20.000 toneladas anuales eran su capacidad nominal a pleno funcionamiento, no un volumen anual ya alcanzado.
ABTC tenía entonces contratados cuatro proyectos respaldados por el DOE, dos anteriores y dos nuevos, por unos 70 millones de dólares de fondos federales. Las ayudas reembolsaban gastos admisibles; no eran un pago único incondicional. La negociación en Nasdaq empezó el 21 de septiembre de 2023.
El artículo original de 2023 indicaba un precio de 3,99 dólares estadounidenses y una capitalización superior a 188 millones. Son cifras históricas; los módulos interactivos pueden mostrar cotizaciones posteriores.
2. Lithion Technologies
Lithion Technologies produce de manera sostenible materiales estratégicos a partir de baterías de iones de litio. Su tecnología es capaz de recuperar hasta el 95 % de los componentes de estas baterías.
Lithion combina la producción mecánica de un concentrado de materiales críticos con tratamiento hidrometalúrgico. En su descripción del proceso ha indicado una recuperación del concentrado mineral superior al 98%. Las etapas y los materiales tienen rendimientos diferentes. Entre los materiales están litio, cobalto, níquel, grafito y manganeso; no todos se convierten en el mismo producto final.
En su colaboración con GM de 2022, Lithion indicó que un análisis de ciclo de vida usando electricidad de Quebec mostraba más de un 75% menos de emisiones de gases de efecto invernadero y más de un 90% menos de consumo de agua frente a la extracción minera de materiales para baterías. Son datos específicos del proceso y de esa comparación, no una garantía para todo reciclaje.
En abril de 2022, Lithion recibió 22,5 millones de dólares canadienses del gobierno de Quebec: 15 millones como inversión en capital a través de Investissement Québec y 7,5 millones como subvenciones del Fonds d’électrification et de changements climatiques.
3. Ecobat
El artículo original describía la red histórica de Ecobat con 65.000 puntos de recogida, unos 15.000 clientes o miembros y 120 millones de baterías recicladas al año. Las cifras se referían a su actividad amplia, especialmente al plomo, no solo a los iones de litio ni a un resultado actual verificado.
El artículo también mencionaba 100 vehículos de recogida y 11 fundiciones. Son datos históricos y no significan que todas las plantas trataran baterías de iones de litio. La reciclabilidad cercana al 99% se refería a materiales de baterías de plomo. Ecobat indicaba que más del 80% del plomo recuperado volvía a la fabricación de baterías; no es una tasa general de recuperación de iones de litio.
Ecobat se describía como un importante reciclador mundial. Según la empresa, su actividad de plomo recicló en 2021 70 millones de baterías de automóvil.
4. Cirba Solutions
Cirba Solutions reunía Battery Solutions, Heritage Battery Recycling y Retriev Technologies, con unos 60 años de experiencia combinada. Sus actividades incluían recogida, logística, recuperación de materiales y tratamiento de baterías de litio.
La empresa trata distintas químicas, con y sin cobalto. El artículo original indicaba un total acumulado de más de 36 millones de libras, unos 16,3 millones de kilogramos, de baterías de iones de litio durante más de 30 años. Es una cifra histórica acumulada, no un volumen anual ni un total actual verificado.
El 9 de febrero de 2023 Marubeni completó una inversión minoritaria en Cirba de 50 millones de dólares estadounidenses. Fue una inversión específica de 2023, no necesariamente la ronda de financiación más reciente.
Celdas agotadas: necesidades futuras
El aumento de los vehículos eléctricos y la electrónica eleva la necesidad de reciclaje. Una previsión antigua citada en el artículo estimaba que la demanda de baterías de iones de litio crecería casi siete veces entre 2022 y 2030, hasta 4,7 TWh en 2030. Es una previsión, no demanda ya observada.
El artículo describía a China como poseedora de más de tres cuartas partes de la capacidad productiva mundial en aquel momento, mientras Norteamérica y Europa planificaban ampliaciones. Es una imagen histórica del mercado. Se necesitan esfuerzos coordinados para hacer accesible y sostenible el reciclaje y reducir contaminación y pérdidas de recursos.
En 2023 China tenía normas de responsabilidad de los fabricantes para las baterías de vehículos al final de su vida útil. La UE también tenía requisitos de recogida y recuperación. Las obligaciones aplicables dependen del lugar y del periodo.
La reutilización puede dar a las baterías adecuadas una segunda etapa de uso antes del reciclaje de materiales. Un ejemplo es el almacenamiento de la Johan Cruijff ArenA de Ámsterdam, puesto en servicio en 2018. Combina el equivalente a 148 baterías Nissan LEAF nuevas y usadas y 4.200 paneles solares. Su potencia es de 3 megavatios y su capacidad energética de 2,8 megavatios-hora; el megavatio no mide energía almacenada. La comparación con cargar medio millón de iPhone depende de la capacidad de sus baterías y no garantiza una duración concreta del respaldo.
La gestión sostenible de las baterías al final de su vida útil exige colaboración entre fabricantes de vehículos, empresas electrónicas, recicladores y organismos públicos. La recogida, la evaluación para reutilización y la recuperación eficiente de materiales son etapas distintas del mismo ciclo.
