Está previsto que antes de fin de año sea puesta en marcha en Brasil una planta piloto de reciclaje de baterías de iones de litio pionera en el país, que utiliza una técnica conocida como hidrometalurgia flexible. Dicha tecnología fue desarrollada por científicos del Laboratorio de Reciclado, Tratamiento de Residuos y Extracción (Larex) del Departamento de Ingeniería Química de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP) en colaboración con Tupy, una multinacional de origen brasileño dedicada a la fabricación de componentes estructurales en fundición de hierro.
La hidrometalurgia es un proceso que consiste en la separación de metales en un medio acuoso, generalmente utilizando soluciones químicas, que se realiza a bajas temperaturas. Se trata de un método alternativo al sistema tradicional utilizado para el reciclaje de baterías que se basa en la pirometalurgia, una técnica en la que los metales se calientan a temperaturas superiores a 1.000 grados Celsius (ºC), lo que requiere un gran gasto de energía y genera más gases tóxicos residuales.
El empleo de esta técnica para reciclar baterías de iones de litio es un procedimiento reciente. Se encuentra en fase de perfeccionamiento en varios centros de investigación del mundo y por el momento tiene pocas aplicaciones a escala industrial. La unidad piloto brasileña se instalará en el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT), en São Paulo.
“La importancia de la tecnología que se pondrá a prueba radica en la flexibilidad de la hidrometalurgia, que consigue recuperar, en un único proceso, diversas sustancias químicas que componen las diferentes versiones de las baterías de iones de litio disponibles en el mercado [véase la infografía abajo]”, dice el ingeniero mecánico André Ferrarese, director de Investigación y Desarrollo Disruptivo en Tupy. Las investigaciones iniciales realizadas en la USP fueron financiadas por la FAPESP. El proyecto de Tupy recibió el apoyo de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) y de la Empresa Brasileña de Investigación e Innovación Industrial (Embrapii). Las soluciones tecnológicas conocidas que aplican la hidrometalurgia para el reciclaje de baterías no son universales, ya que cada tipo de batería posee una composición química diferente, lo que exige un proceso específico.
La metodología de reciclado comienza con el desmontaje del paquete de baterías, el pack, en la jerga de los especialistas en la materia, compuesto por un conjunto de pequeñas pilas, llamadas celdas o células, donde se encuentran los dos polos de la batería que generan una corriente eléctrica: el ánodo (polo negativo) y el cátodo (polo positivo). Como el desgaste de las celdas no es uniforme, las que están en buen estado pueden reutilizarse en nuevos paquetes y comercializarse como baterías de segunda vida.
Las celdas desgastadas, por su parte, son sometidas a un proceso de trituración y separación mecánica o magnética para extraer el plástico y los componentes electrónicos y metálicos, tales como el acero, aluminio, grafito y cobre contenidos en la carcasa. Estos materiales se envían a las respectivas cadenas de reciclado ya establecidas.
En un artículo publicado en 2024 en la revista científica Industrial & Engineering Chemistry Research, el equipo del Larex, responsable del desarrollo del proyecto, presenta una ruta de procesamiento físico integral para la etapa de desmontaje de los tres diferentes formatos geométricos ‒cilíndrico, prismático y pouch (bolsa tipo riñonera)‒ de baterías existentes en el mercado.
Tras la molienda y la separación de los materiales básicos, lo que queda es un polvo oscuro, conocido como black mass, compuesto por una mezcla de óxidos metálicos de alto valor que componen el ánodo y el cátodo. Este material, compuesto por óxidos de litio (Li2O), níquel (NiO), cobalto (CoO), manganeso (MnO2), entre otras sustancias, constituye el objetivo principal del reciclaje. La técnica de hidrometalurgia desarrollada en el Larex comienza con un proceso de dilución del black mass por lixiviación con ácido sulfúrico, según informa el ingeniero metalúrgico y docente de la Poli-USP, Jorge Alberto Soares Tenório, coordinador del Larex y del proyecto junto con la profesora Denise Espinosa. La lixiviación es el proceso de extracción de una sustancia de un medio sólido mediante su disolución continua en un medio acuoso.
En la etapa siguiente, el material es sometido secuencialmente a diferentes tipos de reactores con un conjunto de reactivos químicos específicos para cada óxido metálico. Los reactivos orgánicos e inorgánicos seleccionados, los parámetros de cada etapa y la secuencia de los reactores hacen que el proceso hidrometalúrgico sea universal y capaz de lidiar con los diferentes tipos de baterías de iones de litio.
El nivel de pureza de los materiales recuperados en el proceso ronda el 90 %. Dentro de este rango, los metales pueden reutilizarse para diversas aplicaciones industriales. Como las baterías de iones de litio exigen un grado de pureza superior al 99 %, según explica Ferrarese, la reutilización del material reciclado en nuevos dispositivos es viable mezclándolo en pequeñas dosis con metales vírgenes.
Las pruebas que se llevarán a cabo en la planta piloto tienen dos objetivos. Uno es el aumento de la escala de producción a unos 300 litros (l) por lote de reciclaje. En las operaciones realizadas en los bancos de laboratorio, el máximo nivel alcanzado por lote fue de 50 l. La otra meta consiste en testear un flujo continuo del material en cada etapa del proceso. En el laboratorio, la transferencia del material entre cada reactor se realiza en forma manual.
La planta experimental también será una unidad de demostración industrial. “Una vez que esté terminada, nuestra idea es poder comercializar esta solución en Brasil y en el exterior”, dice Ferrarese. Entre los clientes de Tupy se encuentran fabricantes mundiales de maquinarias, vehículos y equipamientos. El material reciclado en la unidad del IPT se utilizará en la primera planta piloto nacional de producción de baterías de iones de litio, actualmente en fase de construcción.
Las baterías de iones de litio se utilizan en vehículos eléctricos, teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos. Se calcula que las baterías que utilizan insumos reciclados por hidrometalurgia empleando únicamente reactivos inorgánicos, como es el caso del proceso creado en el Larex, presentan una huella de carbono un 30 % menor en comparación con las que utilizan compuestos minerales vírgenes.
Otros dos proyectos de reciclado de baterías de iones de litio están siendo desarrollados por el Center for Advanced and Sustainable Technologies (Cast), de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en su campus de São João da Boa Vista (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 332). Uno de ellos adopta una técnica de hidrometalurgia convencional orientada a las baterías de los tipos LCO (óxidos de litio y cobalto) y NMC (óxidos de litio, níquel, manganeso y cobalto). Una particularidad de este trabajo es el empleo exclusivo de reactivos químicos orgánicos con el objeto de minimizar el impacto ambiental. La investigación contó con el apoyo de [la empresa de aviación] Embraer y del Programa de Investigaciones en Asociación para la Innovación Tecnológica (Pite), de la FAPESP.
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPUn investigador de la Unesp sostiene una batería de litio en proceso de recicladoLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
Según el ingeniero ambiental José Augusto de Oliveira, coordinador del Cast, la investigación fue validada en una unidad piloto, proporcionando una alta tasa de recuperación de metales, del orden del 90 % para el óxido de litio, con un 98 % de pureza. La misma generó una solicitud de patente en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI) en 2020 y un artículo que salió publicado en 2021 en la revista Resources, Conservation and Recycling.
El otro proceso en desarrollo en el Cast adopta una técnica hidrometalúrgica innovadora que utiliza agua en condición supercrítica (ScW, en inglés) como solvente para recuperar los óxidos metálicos. El estado supercrítico se alcanza cuando el agua es sometida a una temperatura superior a 374 ºC y a una presión de 240 atmósferas (atm).
Según el ingeniero químico Lúcio Cardozo Filho, investigador del Cast y responsable del proyecto, los resultados preliminares presentaron una eficiencia en la recuperación de los metales utilizados en las baterías de los tipos LCO y NMC superior al 90 %, tal como se lo demuestra en sendos artículos publicados en 2024 en las revistas Chemosphere y Environmental Pollution.
“La trascendencia de estos resultados ha suscitado el interés de la comunidad científica internacional, lo que ha dado lugar a colaboraciones con diversos grupos de investigación”, informa Cardozo Filho. El Instituto Real de Tecnología de Melbourne, en Australia, y la Universidad de Cádiz, en España, han suscrito acuerdos de colaboración con la Unesp para el desarrollo de proyectos en este campo. También existen cooperaciones con las universidades federales de Goiás (UFG) y de Minas Gerais (UFMG), y con la Universidad de Campinas (Unicamp).
Un reactor hidrotérmico semipiloto que utiliza agua en condición supercrítica para recuperar metales críticos se encuentra actualmente en la etapa final de pruebas en el Laboratorio de Tecnología Supercrítica y Equilibrio de Fases del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Estadual de Maringá (UEM), en Paraná. Las pruebas preliminares, según informa Cardozo Filho, confirman los resultados obtenidos a escala de laboratorio. Si todo sale bien, el siguiente reto consistirá en llevar la producción a una escala industrial.
Este artículo salió publicado con el título “Reciclado universal” en la edición impresa n° 354 de agosto de 2025.
Proyectos
1. Desarrollo de procesos innovadores para la recuperación de metales críticos (nº 19/11866-5); Modalidad Ayuda de Investigación ‒ Regular; Investigador responsable Jorge Alberto Soares Tenório (USP); Inversión R$ 3.876.697,58.
2. Minería sostenible: recuperación de materias primas críticas de baterías mediante la aplicación de tecnologías ambientalmente amigables (nº 20/00493-0); Modalidad Ayuda de Investigación ‒ Regular; Investigador responsable Jorge Alberto Soares Tenório (USP); Inversión R$ 122.493,43.
3. Una tecnología para el reciclado de baterías de iones de litio. Aplicaciones de ingeniería del ciclo de vida bajo la óptica de la economía circular (nº 20/11874-5); Modalidad Asociación para la Innovación Tecnológica (Pite); Convenio Embraer; Investigador responsable José Augusto de Oliveira (Unesp); Inversión R$ 386.249,22.
Artículos científicos
GUILLÉN, D. R. et al. Physical process for Li-ion battery recycling from electric vehicles. Industrial & Engineering Chemistry Research. 4 nov. 2024.
SANTOS, M. P. et al. A technology for recycling lithium-ion batteries promoting the circular economy: The RecycLib. Resources Conservation and Recycling. dic. 2021
BARROS, T. V. et al. Assessment of an eco-efficient process for the optimization of metal recovery in lithium cobalt oxide and lithium nickel manganese cobalt oxide batteries. Chemosphere. sep. 2024.
BARROS, T. V. et al. Recovery of lithium and cobalt from lithium cobalt oxide and lithium nickel manganese cobalt oxide batteries using supercritical water. Environmental Pollution. 15 oct. 2024.
LIMA, A. M. N. O. et al. Study of the behavior of cations in leaching of NCA lithium-ion batteries by electrodialysis. Environmental Technology. 29 ene. 2025
SALES, J. M. A. et al. Precipitation of manganese by ozone from hydrometallurgical recycling process of lithium-ion batteries. Journal of Cleaner Production. 1º ene. 2024.
CASTRO, R. H. et al. Design of recycling processes for NCA-Type Li-Iin batteries from electric vehicles toward the circular economy. Energy and Fuels. 29 feb. 2024.
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