La secuencia del proceso desarrollado en la Unesp, seg\u00fan describe DeOliveira, implica la separaci\u00f3n de todos los componentes de las pilas, como los pl\u00e1sticos contenidos en la carcasa y utilizados como aislante entre la estructura met\u00e1lica y el material interno. Este \u00faltimo est\u00e1 compuesto por el c\u00e1todo (el polo positivo de la bater\u00eda) \u2013 una l\u00e1mina de aluminio que contiene \u00f3xidos de litio y cobalto \u2013, el \u00e1nodo (el polo negativo) \u2013 una l\u00e1mina de cobre recubierta de grafito, y por una membrana pl\u00e1stica que separa los dos polos. Al hallarse en contacto con ambos polos, esta membrana puede contener grafito y \u00f3xidos met\u00e1licos.<\/p>\n
La c\u00e9lula se desmantela en forma manual, con la ayuda de m\u00e1quinas cortadoras. Las l\u00e1minas met\u00e1licas obtenidas se someten a un ba\u00f1o en una soluci\u00f3n qu\u00edmica acuosa destinada a separar el cobre y el aluminio, que salen del proceso listas para su reutilizaci\u00f3n. En tanto, el grafito y los \u00f3xidos de litio y cobalto con alto grado de pureza se obtienen luego de filtrar las respectivas soluciones. El procesamiento de la membrana tambi\u00e9n requiere de un filtrado y de una etapa posterior de separaci\u00f3n para purificar los \u00f3xidos met\u00e1licos presentes en ella.<\/p>\n
\u201cLos reactivos qu\u00edmicos utilizados proceden de fuentes org\u00e1nicas. Fueron seleccionados para minimizar el impacto ambiental y maximizar el beneficio econ\u00f3mico y la seguridad laboral\u201d, explica la qu\u00edmica Mirian Paula dos Santos, investigadora responsable del proceso de remoci\u00f3n de los \u00f3xidos met\u00e1licos. \u201cLa tecnolog\u00eda se est\u00e1 perfeccionando. Solo al final del proceso podremos calcular su impacto ambiental y su factibilidad econ\u00f3mica\u201d, subraya. Por ahora, dice, la t\u00e9cnica ha sido validada a escala de laboratorio.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/RPF-litio-chile_2023-10-1140-01.jpg\")
LFREEDOM_WANTED\u2009\/\u2009Alamy\u2009\/\u2009Fotoarena<\/span>Campos de extracci\u00f3n de litio en el desierto de Atacama (Chile)LFREEDOM_WANTED\u2009\/\u2009Alamy\u2009\/\u2009Fotoarena<\/span><\/p><\/div>\n Seg\u00fan De Oliveira, el potencial econ\u00f3mico de esta metodolog\u00eda es favorable. \u201cLos estudios iniciales indican que la venta del \u00f3xido de litio genera fondos suficientes como para cubrir los gastos del reciclado\u201d, dice. La fase actual de desarrollo de la t\u00e9cnica, para la que se ha depositado una solicitud de patente en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI) en 2020, proporciona una tasa de recuperaci\u00f3n del 90 % del \u00f3xido de litio con un 98 % de pureza, mientras que cuando est\u00e1 contaminado con grafito, el \u00edndice de pureza es de un 50 %. Los dem\u00e1s componentes de la bater\u00eda son totalmente recuperables, seg\u00fan un art\u00edculo publicado en 2021 en la revista cient\u00edfica Resources, Conservation and Recycling<\/em>.<\/p>\n Estos resultados le han permitido a la Unesp firmar un convenio de desarrollo tecnol\u00f3gico y licencia de una versi\u00f3n de su proceso de reciclado, con nuevos reactivos, con una empresa brasile\u00f1a de que opera globalmente. El prop\u00f3sito inicial es utilizar la tecnolog\u00eda para reciclar las bater\u00edas de los veh\u00edculos la compa\u00f1\u00eda produce. Posteriormente, anticipa De Oliveira, la firma, cuyo nombre no puede revelarse por razones contractuales est\u00e1 evaluando una estrategia comercial con la Unesp para posibilitar la oferta de un servicio de reciclado integral a terceros. La cooperaci\u00f3n entre la universidad y la multinacional cuenta con el aval de la FAPESP a trav\u00e9s del Programa de Investigaci\u00f3n en Asociaci\u00f3n para la Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica (Pite).<\/p>\n Otra t\u00e9cnica para el reciclado de las bater\u00edas de iones de litio en fase de desarrollo en el Cast sigue una v\u00eda no convencional, que utiliza agua en condici\u00f3n supercr\u00edtica como solvente para recuperar \u00f3xidos met\u00e1licos. \u201cPara ello, hay que someter al agua a una temperatura superior a 374 grados Celsius [\u00baC] y a una presi\u00f3n de 240 atm\u00f3sferas [atm]. Bajo estas condiciones, ya no existe diferencia entre su estado l\u00edquido y gaseoso\u201d, explica el ingeniero qu\u00edmico L\u00facio Cardozo Filho, responsable del proyecto de investigaci\u00f3n. \u201cEl agua supercr\u00edtica sometida a una temperatura y presi\u00f3n extremas posee la reactividad adecuada para procesar, tratar y extraer compuestos inorg\u00e1nicos, como los \u00f3xidos met\u00e1licos presentes en las bater\u00edas de litio\u201d.<\/p>\n Aunque llevar el agua a la condici\u00f3n supercr\u00edtica no es trivial, el fluido utilizado, seg\u00fan Cardozo, no necesita ser de buena calidad, puede ser agua reutilizada y el proceso no utiliza ning\u00fan reactivo qu\u00edmico adicional para extraer los \u00f3xidos met\u00e1licos. \u201cEl porcentaje de \u00e9xito en la separaci\u00f3n de metales es superior al 98 %\u201d, informa el ingeniero. El resultado obtenido es una mezcla de \u00f3xidos met\u00e1licos conocida como black mass<\/em>, que a\u00fan deber\u00e1 ser sometida a un proceso de separaci\u00f3n y purificaci\u00f3n com\u00fanmente utilizado en la hidrometalurgia convencional. \u201cNuestro pr\u00f3ximo reto es conseguir fondos adicionales para poder ampliar la escala del proceso\u201d, adelanta Cardozo Filho.<\/p>\n El reciclado de las bater\u00edas de iones de litio es un proceso m\u00e1s sostenible y econ\u00f3mico que extraer los minerales de la naturaleza. En el caso del litio, se necesitan 100 kilogramos (kg) del mineral en bruto para producir 1,6 kg de litio. En cambio, en un proceso de reciclado pueden recuperarse 7 kg de \u00f3xido de litio por cada 100 kg de bater\u00edas. La extracci\u00f3n del mineral tiene un alto impacto ambiental por su uso intensivo de agua, sin contar que el proceso de refinado es electrointensivo, en el cual los materiales rocosos deben calentarse a temperaturas superiores a 1.000 \u00baC, lo que consume mucha energ\u00eda.<\/p>\n Seg\u00fan un estudio de la consultora McKinsey, se prev\u00e9 que la demanda mundial de almacenamiento en bater\u00edas de litio crezca de 700 gigavatios hora (GWh) en 2022 a 4.700 GWh en 2030. El aumento de la demanda, dicen los expertos, hace que prevalezca la recuperaci\u00f3n y reutilizaci\u00f3n de los materiales met\u00e1licos que componen estas bater\u00edas.<\/p>\n Markus Scholz\u2009\/\u2009Picture Alliance via Getty Images<\/span>Bater\u00edas de litio al final de su vida \u00fatil, desguazadas y listas para su reciclado en una empresa de Hamburgo (Alemania)Markus Scholz\u2009\/\u2009Picture Alliance via Getty Images<\/span><\/p><\/div>\n El sector automotor es el destino principal de las bater\u00edas de litio, ya que alrededor de un 80 % de la producci\u00f3n se destina a los fabricantes de autom\u00f3viles. Una bater\u00eda t\u00edpica para veh\u00edculos el\u00e9ctricos pesa m\u00e1s de 200 kg y tiene una vida \u00fatil de entre 8 y 10 a\u00f1os. La Agencia Internacional de la Energ\u00eda (AIE) estima que la producci\u00f3n de litio deber\u00e1 multiplicarse casi por diez de aqu\u00ed a 2050 para poder satisfacer el aumento de la demanda mundial del producto.<\/p>\n \u201cLa producci\u00f3n de insumos corre el riesgo de no seguir el ritmo de la creciente demanda mundial. El resultado es que podr\u00edamos tener escasez de bater\u00edas en 2030\u201d, advierte el f\u00edsico Hudson Zanin, de la Facultad de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y Computaci\u00f3n de la Universidad de Campinas (Feec-Unicamp), coordinador de una investigaci\u00f3n que apunta al desarrollo de una bater\u00eda a base de sodio (lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 329<\/em><\/a>). \u201cEl reciclado y la integraci\u00f3n progresiva de los materiales recuperados en las nuevas bater\u00edas proporciona ventajas tanto desde el punto de vista ambiental como econ\u00f3mico, garantizando el suministro de insumos\u201d, sostiene.<\/p>\n Zanin explica que los principales procesos de reciclado utilizados en todo el mundo son pirometal\u00fargicos e hidrometal\u00fargicos, y, seg\u00fan el investigador, alcanzan una eficiencia superior al 80 %. En la pirometalurgia, la incineraci\u00f3n del material puede liberar gases t\u00f3xicos, algo indeseable.<\/p>\n En tanto, los procesos hidrometal\u00fargicos, si bien consumen agua, contaminan menos y requieren menos energ\u00eda. \u201cEl consumo de agua es mucho menor que el de la miner\u00eda del litio. En los procesos hidrometal\u00fargicos de reciclado se utilizan unos 5 litros [l] de agua para obtener 100 gramos [g] de sales de litio. En la miner\u00eda, el consumo de agua puede variar de 50 a 90 l para obtener 100 g de carbonato de litio\u201d, informa De Oliveira.<\/p>\n La reelaboraci\u00f3n de bater\u00edas en nuevos packs<\/em> que aprovechan las c\u00e9lulas que han perdido rendimiento pero a\u00fan no han llegado al final de su vida \u00fatil es objeto de un proyecto en desarrollo en el centro de innovaci\u00f3n CPqD de Campinas (S\u00e3o Paulo) en colaboraci\u00f3n con las empresas CPFL Energia y la china BYD, fabricante de bater\u00edas y veh\u00edculos el\u00e9ctricos.<\/p>\n Tal como lo explica el ingeniero Aristides Ferreira, gerente de soluciones de sistemas de energ\u00eda de CPqD, las bater\u00edas utilizadas en los veh\u00edculos el\u00e9ctricos son de tracci\u00f3n, es decir, se emplean para impulsar al veh\u00edculo y, para tal fin, est\u00e1n sometidas a intensas condiciones de funcionamiento. Tras un per\u00edodo que puede variar entre 8 y 10 a\u00f1os, dependiendo del uso, pierden su capacidad de almacenar energ\u00eda y generar la tracci\u00f3n necesaria como para mover un veh\u00edculo. Pero todav\u00eda pueden ser \u00fatiles en aplicaciones de menor exigencia, tales como bater\u00edas estacionarias, sistemas de respaldo y m\u00f3dulos de almacenamiento de energ\u00eda de fuentes de generaci\u00f3n solar y e\u00f3lica, que son intermitentes. Permiten, por ejemplo, acumular la energ\u00eda generada durante el d\u00eda por un panel solar fotovoltaico para utilizarla por la noche o la energ\u00eda de una fuente e\u00f3lica cuando no hay viento.<\/p>\n El proyecto de CPqD implic\u00f3 la creaci\u00f3n de algoritmos capaces de comprobar la calidad de las celdas extra\u00eddas de una bater\u00eda vehicular de iones de litio y determinar su longevidad, sin necesidad de largos ensayos de laboratorio, lo que facilit\u00f3 la selecci\u00f3n de las mejores c\u00e9lulas para una segunda vida en bater\u00edas estacionarias. CPqD ha desarrollado un prototipo de bater\u00eda de segunda vida que se encuentra en fase de prueba en un laboratorio que cuenta con una planta generadora de energ\u00eda fotovoltaica en la Unicamp.<\/p>\n Proyecto<\/strong>![\"\"](\"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/RPF-litio-chile_2023-10-1140-02.jpg\")
\nUna tecnolog\u00eda para el reciclado de bater\u00edas de iones de litio: aplicaciones de ingenier\u00eda del ciclo de vida a la luz de la econom\u00eda circular (n\u00ba 20\/11874-5<\/a>); Modalidad<\/strong> Asociaci\u00f3n para la Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica (Pite); Investigador responsable<\/strong> Jos\u00e9 Augusto de Oliveira (Unesp); Inversi\u00f3n <\/strong>R$ 198.854,94.<\/p>\n