El desafío que supone el coche eléctrico cuando las baterías llegan al final de su vida y cómo se está encarando
El reciclaje de baterías de coches eléctricos se ha visto en muchas ocasiones ensombrecido por otros factores, como su densidad energética, vida útil o coste por kWh. Sin embargo, la llamada economía circular ha empezado a cobrar protagonismo a medida que el factor medioambiental se ha impuesto en la esfera del coche eléctrico.
Un estudio científico publicado recientemente por investigadores en el reciclaje de baterías de iones de litio plantea los problemas que supone este proceso y sus posibles soluciones, posicionando a las baterías de ácido-plomo como las idóneas para el reciclado.
La importancia de un diseño enfocado al fin de la vida útil
El estudio. titulado 'La importancia del diseño en el reciclaje de baterías de iones de litio: una revisión crítica', lo ha llevado a cabo investigadores de las universidades de Leicester, Newcastle y Birmingham; la Institución Faraday; el Centro ReCell y el Laboratorio Nacional Argonne.
El reciclaje siempre se considera un proceso final que debe devolver la mayor cantidad de material posible a una economía circular. Por ejemplo, según refleja el estudio, el reciclaje de aluminio y acero ahorra un 90 % y un 60 % de la energía de los procesos primarios, respectivamente.
Pero hay un factor que puede ser decisivo a la hora de favorecer este proceso, y es el del diseño dirigido al reciclaje. La llegada de productos novedosos y con alta escalabilidad pueden suponer un grave problema medioambiental si su diseño no ha tenido en cuenta la economía circular, como ocurrió con la masiva desaparición de las televisiones con tubo de rayos catódicos.
Ahora mismo nos encontramos en un momento de auge en la demanda de baterías de iones de litio debido a la expansión de los coches eléctricos en detrimento del motor de combustión, aumentando a su vez la demanda de materias primas como el litio, el cobalto, el níquel o el neodimio.
Con el níquel estamos viendo un auge que, a pesar de que ha robado protagonismo al cobalto, sigue sin ser una opción viable a nivel medioambiental, poniendo en entredicho el concepto de "coche eléctrico ecológico".
De acuerdo a los investigadores, para crear economía circular para un material es importante que tenga pocos componentes, un costo menor para el proceso secundario que el proceso primario y un mecanismo de recolección y segregación.
Estos criterios se cumplen con una variedad de materiales que incluyen vidrio, papel y cartón, acero, aluminio, botellas de plástico, catalizadores para automóviles y baterías de ácido-plomo. Son precisamente estas últimas las que los investigadores ponen de ejemplo a la hora del reciclaje.
Batería de ácido-plomo vs batería de iones de litio
La batería de ácido-plomo es muy común en vehículos de combustión como batería de arranque, aunque también se utiliza como batería de tracción de vehículos eléctricos. Su uso se ha visto mermado en la esfera de la electromovilidad debido a que tienen menor densidad energética y de potencia que las de iones de litio.
Si embargo, según apuntan los investigadores, esta batería está diseñada para ser reciclada hasta en un 98 % en masa del material. Esto se debe en parte a la simplicidad de su diseño: "La batería de ácido-plomo es autónoma en una unidad, no se ensambla en módulos ni paquetes, por lo que no es necesario desmontarla antes de reciclarla", esgrimen.
En este estudio se explica que la batería de automóvil pesa entre 12 y 21 kg, de los cuales el plomo es más de la mitad del peso, lo que hace que su reciclaje sea rentable además de simple: la caja se tritura, permitiendo que escape el electrolito de ácido sulfúrico, y los electrodos de plomo se separan de la carcasa de polipropileno y el separador por densidad.
El plomo se funde y el polipropileno se puede reutilizar para fabricar nuevas baterías.
¿Qué problemas representa el reciclado de baterías de iones de litio? Por un lado, la falta de una estandarización de las celdas y por otro el predominio de celdas de pequeños dispositivos portátiles significa que los enfoques de reciclaje inicial serán más similares a los desechos sólidos urbanos.
A diferencia de la batería de ácido-plomo, la estructura de las baterías de iones de litio es mucho más compleja, con una serie de pequeñas celdas que se juntan para hacer un módulo y varios módulos se ensamblan para hacer el paquete de baterías en general.
A la compleja estructura se le suman los riesgos asociados con descargas eléctricas y posibles incendios que hacen que el desmantelamiento seguro sea lento y laborioso.
Para hacernos una idea, un Tesla Model S con un paquete de baterías de 85 kWh contiene 16 módulos, cada uno de los cuales comprende 444 celdas; en total, 7.104 celdas cilíndricas en cada automóvil. Un BMW i3 por su parte cuenta con 96 celdas prismáticas; un Nissan LEAF consta de 192 celdas de batería.
¿Cuál es la solución? De acuerdo a este grupo de investigación del Reino Unido y EEUU el principal problema es que no hay estándares globales para el etiquetado de baterías, que es necesario para indicar claramente la composición del dispositivo a los recicladores.
Como ejemplo, los investigadores exponen que uno de los problemas para las empresas de reciclaje es que debido a los rápidos avances de la tecnología, puede haber dos versiones del mismo modelo de automóvil que tengan diferentes químicas de batería, dificultando su reciclado.
Como resultado, la hidrometalurgia, que implica trituración y tratamiento ácido y la pirometalurgia, la fundición de alto consumo energético antes de la etapa ácida, se han convertido en algo habitual en el reciclaje de baterías de iones de litio.
La hidrometalurgia requiere un tratamiento previo, una descarga y un desmantelamiento adecuado en lugar de una "trituración".
Si bien el etiquetado de las baterías de iones de litio está estrictamente regulado, la mayoría de los paquetes de baterías no contienen información sobre la química del ánodo, cátodo o electrolito, lo que significa que las celdas de los diferentes paquetes deben tratarse mediante el mismo proceso.
Así a un etiquetado claro se le unen como soluciones un diseño simple de las baterías y enfocado a la economía circular, así como separar los materiales de los electrodos sin triturarlos podría reducir el costo del reciclaje hasta un 70 %.
Qué dice la ley acerca del reciclado de coches eléctricos
Según recogen Pablo Frías Marín, del Instituto de Investigación Tecnológica IIT-ICAI y Carlos de Miguel Perales, de la Facultad de Derecho de ICADE en el artículo Aspectos medioambientales del vehículo eléctrico, existen numerosas normas internacionales cuyo objetivo es proteger el medio ambiente en el proceso de fabricación del coche eléctrico.
En España destaca el Real Decreto 20/2017, de 20 de enero, sobre los vehículos al final de su vida útil, que tiene por objeto:
"Establecer medidas destinadas a la prevención de la generación de residuos procedentes de vehículos y a la recogida, a la preparación para la reutilización, al reciclado y otras formas de valorización de los vehículos al final de su vida útil, incluidos sus componentes, para así reducir la eliminación de residuos y mejorar la eficacia en la protección de la salud humana y del medio ambiente a lo largo del ciclo de vida de los vehículos".
De hecho, este decreto obliga a los fabricantes a informar a los consumidores -incluso en los contenidos publicitarios- acerca de los criterios adoptados para garantizar que ese vehículo se ha fabricado y se tratará de forma responsable al final de su vida útil.
En este contexto, este Real Decreto impone, entre otras, las siguientes obligaciones a los fabricantes de vehículos (artículo 4):
"Diseñar, en colaboración con los fabricantes de materiales y equipamientos, los distintos elementos de los vehículos de forma que en su fabricación se limite el uso de sustancias peligrosas. A tal efecto, queda prohibida la utilización de plomo, mercurio, cadmio y cromo hexavalente en los materiales y componentes de los vehículos".
"Diseñar y fabricar los vehículos y los elementos que los integran de forma que se facilite la reutilización, el desmontaje, la descontaminación, la preparación para la reutilización y la valorización de los vehículos al final de su vida útil, y se favorezca la integración en los nuevos modelos de materiales y componentes reciclados".
"Utilizar normas de codificación de las piezas de los vehículos que permitan la adecuada identificación de los componentes que sean susceptibles de reutilización o valorización".
¿Qué están haciendo las marcas al respecto?
Lo que más estamos viendo últimamente es el desarrollo por parte de marcas como Renault, Audi, Honda o Nissan de la tecnología 'Vehicle to Grid', aquella que permite devolver la energía de las baterías usadas del coche a la red.
Recientemente Amazon ha anunciado una inversión en Redwood Materials, una start-up de reciclaje de baterías de iones de litio creada por Jeffrey Brian Straubel, exdirector de diversos proyectos en Tesla.
El productor de baterías Northvolt también anunció hace unos meses que planea reciclar 25.000 toneladas de celdas anualmente para 2022, con material reciclado que representará el 50% de las baterías nuevas para 2030.
Honda por su parte asegura que reciclará las baterías de coches eléctricos, incluso aunque estén dañadas, gracias a la hidrometalurgia.
Marcas como Toyota y Lexus se han propuesto reciclar el 100 % de las baterías de sus coches híbridos, y Audi también lleva tiempo en ello junto a Umicore.
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