Sacar el plomo del reciclaje de baterías de litio

Cuando llega esa fatídica mañana en la que tu auto ya no cobra vida con un rápido giro de la llave, sino que gime de disgusto por el triste estado del sistema eléctrico de tu viaje, tu camino es claro: necesitas una batería nueva. Ya sea que lo haga usted mismo o, perezca la idea, delegue el trabajo a otra persona, el resultado final es el mismo. Obtiene una nueva batería de plomo-ácido, y la vieja se retira para triturarla y convertirla en una batería nueva en un sistema de circuito cerrado casi perfecto.

Compare esto con lo que le sucede a la batería de su computadora portátil cuando finalmente se da por vencida. Algunos de nosotros abriremos el paquete, encontraremos la celda defectuosa y arreglaremos el paquete o reutilizaremos las celdas buenas. Pero la mayoría de las baterías agotadas a base de litio se tiran a la basura normal o se colocan en contenedores de reciclaje azules con las mejores intenciones, pero generalmente terminan en el vertedero de todos modos.

¿Por qué la diferencia entre las baterías de plomo y las de litio? ¿Qué pasa con estas dos tecnologías aparentemente similares que dictan por qué una batería puede reciclar el 98 % de su material, mientras que la otra es más económica de desechar? ¿Y cuáles son las implicaciones en el futuro, cuando los paquetes de baterías de los vehículos eléctricos comiencen a ingresar al flujo de desechos a granel?

Comprender la disparidad entre el reciclaje de baterías de plomo-ácido y de iones de litio se reduce a dos factores principales: el tiempo y la química. En el lado del tiempo de la ecuación, considere que la gran batería debajo de su capó es una tecnología bastante antigua. Las baterías de plomo-ácido han existido durante tanto tiempo como los automóviles, y algo más. Como tal, tienen más de un siglo de ventaja sobre sus primos basados ​​en litio en términos de infraestructura. Hemos estado usando estas cosas desde siempre, y realmente hemos marcado su gestión del ciclo de vida. De la cuna a la tumba y de vuelta a la cuna nuevamente, las baterías de plomo-ácido se benefician de un sistema de distribución y fabricación extenso y altamente integrado, uno que la industria de iones de litio aún no ha tenido tiempo de desarrollar. La infraestructura de plomo-ácido llega incluso a utilizar exactamente los mismos camiones que entregan las baterías a los minoristas para el viaje de regreso al reciclador.

El tiempo también influye a través de la rápida rotación de las baterías de los automóviles. La batería promedio de un automóvil dura aproximadamente cuatro años, más o menos, y dado que la vida útil promedio de un automóvil ahora es de aproximadamente once años, es probable que cada automóvil use tres o más baterías durante su vida útil. Para los vehículos eléctricos e híbridos, el paquete de baterías está diseñado para durar prácticamente la vida útil del vehículo, por lo que, salvo accidentes que inutilicen el vehículo envuelto alrededor de ellos, los paquetes de iones de litio simplemente no entrarán en el flujo de reciclaje casi. con la misma frecuencia que las baterías de plomo-ácido. Esto se ve algo contrarrestado por la cantidad de paquetes de baterías de iones de litio de productos de consumo como computadoras portátiles y herramientas eléctricas; estos ingresan al flujo de desechos mucho más rápido que las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos e híbridos. Pero esos números son un error de redondeo en la ecuación en comparación con la cantidad de baterías de plomo-ácido recicladas todos los días.

En cuanto a la química, cuanto más simple es la mezcla de materiales en un objeto, más fácil es reciclarlo. Las latas de aluminio, que son solo aluminio y pintura, son increíblemente fáciles de recuperar con la adición de un poco de calor. Las baterías de plomo-ácido no son tan simples, pero están cerca: solo plomo, óxido de plomo y ácido sulfúrico en una caja de plástico. Cada material de la batería tiene un camino simple de viejo a nuevo: las placas de plomo se derriten fácilmente a bajas temperaturas y se pueden purificar fácilmente, lo mismo ocurre con el PVC que normalmente forma la carcasa de la batería, y el electrolito de ácido sulfúrico se puede diluir y desechados como aguas residuales, o los sulfatos pueden recuperarse para fabricar nuevos electrolitos o usarse en la producción de otros artículos de consumo, como jabones.

Las baterías de litio, por otro lado, tienen químicas mucho más complicadas y una mezcla de materiales que no funcionan bien en un proceso de reciclaje industrial. Una batería de iones de litio no es solo litio, sino que también tiene compuestos de cobalto, manganeso, fosfato de hierro o níquel, sin mencionar el aluminio, el cobre y el grafito. La mezcla de metales no solo es más complicada, sino que su forma física como polvos que recubren láminas metálicas hace que la recuperación de cada componente sea mucho más complicada que simplemente arrojarlos a un horno.

El electrolito en una batería de litio también es mucho más complicado, ya que consiste en sales de litio en solventes orgánicos volátiles como el carbonato de etileno. Esto también hace que los electrolitos liberados sean mucho más difíciles de manejar; ninguna simple dilución y neutralización con una solución básica como el bicarbonato de sodio hará que estos compuestos sean lo suficientemente seguros como para descargarlos en un alcantarillado, como es el caso del reciclaje de plomo-ácido. Lidiar con eso aumenta el costo del reciclaje y reduce las ganancias potenciales.

El proceso mecánico de reciclaje también es mucho más fácil para las baterías de plomo-ácido. En las plantas de reciclaje más avanzadas, las baterías de automóviles usadas se pueden tirar literalmente a una trituradora entera, que pulveriza las cajas de plástico, libera el electrolito y tritura las entrañas. Se agrega agua de proceso para diluir el ácido sulfúrico y eliminar los fragmentos de plástico, que se pueden quitar mientras se dejan hundir las piezas de plomo. Todo tiene su propio camino físico a través del proceso, y las manos humanas nunca necesitan tocar las baterías, lo que lo convierte en un proceso muy económico que escala bien. E incluso cuando el proceso no está completamente automatizado, el número limitado de formas y tamaños de las baterías, junto con su tamaño relativamente grande, facilita la orientación de las baterías para un desmontaje rápido.

Compare esto con el manejo de un paquete de baterías de iones de litio. El factor de forma para estos podría variar desde la batería de una computadora portátil hasta el paquete de baterías de un viejo taladro o las entrañas de un vehículo eléctrico destrozado. Si bien la mayoría de estos estarán cargados con celdas como la 18650, cada uno diferirá en tamaño y forma, y ​​la cantidad y orientación de las celdas dentro del paquete variará enormemente. La mayoría de los paquetes también tendrán algún tipo de placa de circuito en el interior, que requiere un paso por separado para liberarse y debe ingresar a un flujo de reciclaje diferente. Al menos por ahora, esto hace que el desmontaje de los paquetes de iones de litio sea un trabajo manual, lo que lo convierte en una propuesta costosa que se adapta mal.

Las diferencias entre el esfuerzo necesario para reciclar baterías de plomo-ácido y de iones de litio impulsan la economía general del proceso. Si observa el precio del litio ($ 17,000 / tonelada) versus el plomo ($ 2,600 / tonelada), parecería que el reciclaje de litio sería más rentable. Pero si no puede sacar el litio de las baterías de manera efectiva, no importa cuánto gane. Para los recicladores, la propuesta de valor está fuertemente sesgada a favor del plomo, donde los enormes volúmenes de materia prima y los métodos de extracción fáciles hacen que el reciclaje sea una empresa rentable. Y eso sin mencionar los peligros de mezclar baterías de litio en el flujo de reciclaje de plomo-ácido.

Todo esto lleva al triste hecho de que actualmente, el 97% de las baterías de iones de litio no se reciclan. Con una gran entrada nueva de baterías agotadas a punto de llegar al flujo de desechos a medida que las primeras generaciones de vehículos eléctricos e híbridos llegan al final de su vida útil, este será un problema que tendremos que abordar pronto. El hecho de que tanto el litio como el cobalto se obtengan de regiones políticamente inestables del mundo probablemente ayudará a sesgar la economía del reciclaje de tal manera que tenga más sentido recuperar los minerales en lugar de depositarlos en un estado inutilizable en el suelo de donde provienen. Es probable que las cosas cambien, pero por ahora, las baterías de iones de litio son una tecnología sin salida.