Actualmente, el mundo está inmerso en un proceso de electrificación para reducir el consumo de combustibles fósiles. Esta transición energética busca la descarbonización de la economía mundial, generando electricidad a través de diversas fuentes renovables.

En medio de esta nueva y compleja situación, las baterías de iones de litio son la solución elegida para almacenar energía en dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos. Esto supondrá un aumento sustancial de la demanda de materias primas y el correspondiente desarrollo de procesos de reciclaje sostenibles para disminuir el impacto de los fabricantes de baterías.

Las materias primas necesarias representan una parte importante del valor de las baterías, así como de la huella de carbono de las mismas. Los riesgos geopolíticos en la cadena de suministro de materias primas, necesarias para los procesos de fabricación de baterías, pueden poner en serio peligro la capacidad de producción y la estabilidad económico-financiera de los fabricantes locales.

Se han llevado a cabo numerosos esfuerzos para diseñar estrategias ecológicas y rentables para reducir el impacto medioambiental de la industria de las baterías. En este sentido, CIC energiGUNE invierte tiempo y esfuerzos, con el objetivo de crear un negocio de baterías competitivo y sostenible en nuestra Región. 

Además, debido a la relevancia del reciclaje en la rentabilidad y sostenibilidad de la industria de las baterías, algunas empresas están comercializando nuevas tecnologías de reciclaje de baterías. La recogida, descarga y desmantelamiento de esas baterías gastadas es el primer paso crucial en la cadena de reciclaje, donde hay que optimizar la logística de almacenamiento, los costes de transporte y el consumo de energía para la operación de desmontaje.

Desmantelamiento de las baterías de iones de litio gastadas

Las baterías de iones de litio gastadas se consideran residuos peligrosos debido a sus propiedades explosivas y corrosivas y, en ocasiones, a su contenido en sustancias químicas tóxicas. Se requieren medidas especiales para manipularlas durante las operaciones de desmantelamiento y trituración.

La liberación mecánica de las baterías al final de su vida útil (EoL por sus siglas en inglés) para exponer todos los constituyentes encapsulados podría permitir alcanzar el mayor rendimiento de recuperación de elementos.  Desde un punto de vista económico y de seguridad, la presencia de metales alcalinos (Li o Na) y de disolventes orgánicos implica una investigación profunda de nuevas tecnologías de fragmentación.

En los últimos años, varios estudios se han centrado en el pretratamiento mecánico y la separación segura y rentable durante las operaciones de desmontaje. La optimización de las tecnologías de clasificación según la química de las baterías o los materiales activos es un reto para garantizar una separación eficaz de los componentes recuperables.

Se están estudiando soluciones innovadoras en este campo utilizando técnicas avanzadas de caracterización, inteligencia artificial y tecnologías de automatización. Este paso tiene como objetivo mejorar la separación de la masa negra de los colectores, la carcasa y otros componentes mediante separadores gravimétricos, magnéticos, electrostáticos y mecánicos después de la etapa de trituración.

Tras la optimización de la separación de componentes, el siguiente paso podría ser el más desafiante, que implica el diseño de procesos metalúrgicos avanzados para hacer rentable y sostenible la recuperación de los principales elementos constitutivos de la batería.

Procesos de reciclaje metalúrgico e integración industrial

El futuro del reciclado de baterías no sólo tendrá como objetivo recuperar los metales valiosos críticos, sino también tratar los elementos no metálicos (grafito, electrolito, disolvente, sales y polímeros). Hasta el momento, se ha investigado una gran cantidad de opciones de procesamiento: pretratamiento térmico (para la eliminación de componentes orgánicos y del electrolito), soluciones pirometalúrgicas e hidrometalúrgicas o la combinación de todos los procesos.

De acuerdo con la futura Directiva Europea sobre Baterías, la ruta hidrometalúrgica parece ser la alternativa más prometedora para asegurar la cadena de suministro de materias primas debido a la posibilidad de recuperar los productos químicos y precursores de las baterías con la calidad deseada para la fabricación de nuevos materiales activos.

En estos procesos, la corriente de masa negra previamente separada se introduce en la etapa inicial de lixiviación, que puede clasificarse como lixiviación química (utilizando ácidos minerales, ácidos orgánicos o soluciones alcalinas como reactivos) o biolixiviación (donde se utilizan bacterias o microorganismos).

Se han estudiado diferentes alternativas de purificación y separación (precipitación química, extracción con disolventes, electrólisis, etc.) con el objetivo de obtener precursores que cumplan las especificaciones de calidad para baterías a partir de las lejías de lixiviación. La huella de carbono de la fabricación de baterías se reduciría ampliamente si los materiales reciclados pudieran introducirse directamente en la etapa de síntesis de los materiales activos. Simultáneamente, al desarrollar una estrategia holística para el reciclaje de baterías EoL, es necesario abordar una integración eficiente y estructural de las materias primas secundarias/primarias en la producción de baterías.

Diseñado para ser reciclado

Los procesos metalúrgicos avanzados desarrollados suponen una poderosa herramienta para detectar las acciones limitantes del diseño y ensamblaje de la batería para aumentar los rendimientos del reciclaje (efecto de los separadores, aglutinantes, carcasa o electrolito en la recuperación). La información recopilada es crucial para los investigadores sobre materiales activos y diseño y fabricación de baterías. Por lo tanto, el concepto diseñado para ser reciclado implica la selección de materiales para las nuevas químicas de las baterías y la mejora de las existentes, y establece su tasa de reciclado.

Una mejora de la reciclabilidad de las nuevas baterías implica un notable aumento de la sostenibilidad y la rentabilidad de sus procesos de reciclaje, permitiendo un modelo de negocio basado en la economía circular. Por ello, CIC energiGUNE trabaja en esta vía hacia una cadena de valor completa de baterías competitiva, sostenible y eficiente en la Unión Europea.