Ante el creciente desarrollo de los vehículos eléctricos, se empieza a plantear la necesidad del reciclaje de baterías

La semana pasada, Ford presentó la F-150 Lightning, una versión totalmente eléctrica del vehículo más vendido en los Estados Unidos, y marcó un hito en la corta historia de los autos eléctricos. Con un precio oficial inferior a $40.000 la camioneta de 530 caballos de fuerza y 2.948 kg se ha comparado con el Modelo T de Ford, el vehículo que, según se estima, permite a la clase media acceder a la compra de un auto. Dentro de las 48 horas posteriores al debut del gigante que funciona a batería, Ford recibió casi 45.000 pedidos anticipados, lo que equivaldría a un 20 por ciento de todos los vehículos eléctricos registrados en los EE. UU. el año pasado.

La F-150 Lightning, junto con cientos de otros modelos de vehículos eléctricos que planean lanzar los principales fabricantes en los próximos años, confirman el auge de los vehículos eléctricos. Pero a medida que crece esta industria, clave para combatir el cambio climático, surge un nuevo desafío: cómo obtener todos los minerales necesarios para fabricar las baterías de los vehículos eléctricos.

El litio, el níquel, el cobalto y el cobre que contienen esas baterías, originariamente, fueron extraídos de la tierra. Hoy en día, gran parte de esos puntos de extracción se concentran en lugares como Rusia, Indonesia y la República Democrática del Congo, donde el control ambiental suele ser escaso, las normas laborales se caracterizan por ser laxas y la industria minera tiene un historial de conflictos con las comunidades locales. Según se estima, la cantidad de vehículos eléctricos en las calles pasará de 10 millones en 2020 a más de 145 millones para 2030, y, por lo tanto, la demanda de minerales para baterías también será mayor. Ciertos organismos de control de la industria advierten que el auge de los automóviles limpios podría impulsar un auge de minería sucia.

Para evitar la continua explotación de las tierras, los expertos dicen que habrá que mejorar considerablemente el reciclaje de las baterías de los vehículos eléctricos. Si bien hoy solo una pequeña cantidad de baterías necesitan ser reemplazadas, se cree que habrá millones de toneladas de baterías agotadas en las próximas décadas. Esas baterías podrían constituir una importante demanda futura de minerales, y se necesitan mejores métodos de reciclaje y políticas gubernamentales para garantizar que las baterías no acaben en los vertederos.

“El razonamiento ha sido el siguiente: 'Tenemos que combatir estas cuestiones climáticas, desarrollemos nuevas minas, y extraigamos los materiales lo más rápido posible'”, expresa Payal Sampat, director de los Programas Mineros de la Earthworks, organización medioambiental sin fines de lucro. “Así es como funciona la planificación a corto plazo. Pero, además, debemos encontrar soluciones prudentes para este problema que tendremos a muy largo plazo".

Las partes de una batería

Las baterías para vehículos eléctricos son piezas tecnológicas complejas, pero en un nivel básico, no se diferencian de la batería de iones de litio que tienes en tu teléfono. Las celdas individuales consisten en un cátodo de metal (fabricado con litio y una mezcla de otros elementos que pueden incluir cobalto, níquel, manganeso y hierro), un ánodo de grafito, un separador y un electrolito líquido compuesto típicamente por una sal de litio. Los iones de litio cargados fluyen desde el ánodo al cátodo, y así se genera una corriente eléctrica.

Para cargar un teléfono, una sola de estas baterías es suficiente. Para hacer funcionar un automóvil, se deben unir miles de celdas, generalmente en una serie de módulos que se agrupan en una batería compacta protegida con una carcasa de metal. Estos gigantes sándwiches electroquímicos pueden pesar más de 450 kg cada uno (según informaron, la batería de la F150-Lightning pesa más cerca de 900 kg).

La mayoría de los materiales preciados que necesitan reciclarse deben ser extraídos de las celdas individuales. Pero las baterías para vehículos eléctricos han sido diseñadas para resistir muchos años y miles de kilómetros, no para ser desarmadas. "Por varias razones, no te conviene que se desarmen en un abrir y cerrar de ojos", comenta Paul Andersen, investigador principal del proyecto ReLib (Reutilización y reciclaje de baterías de iones de litio) del Faraday Institution, de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido.

En parte, debido al costo y la complejidad del desmontaje de la batería de los vehículos eléctricos, los métodos de reciclaje actuales son bastante rústicos. Una vez que se descarga la batería y se retira la carcasa protectora, los módulos suelen triturarse y quemarse en un horno. Los materiales más ligeros como el litio y el manganeso se queman, y forman una aleación que contiene metales de mayor valor como el cobre, el níquel y el cobalto. Luego, pueden utilizarse ácidos fuertes para purificar los metales individuales de esa aleación. Estos procesos, conocidos como tratamientos piro e hidrometalúrgicos, requieren grandes cantidades de energía y producen gases tóxicos y productos de desecho que necesitamos volver a capturar.

Si bien el cobalto y el níquel suelen recuperarse en grandes cantidades, en la mayoría de los casos, el litio no es lo suficientemente valioso para justificar el proceso de reciclaje. Cuando se recupera litio, no suele alcanzar para fabricar baterías nuevas.

En el futuro, podría implementarse una opción más limpia y eficiente: el reciclaje directo o la separación del material del cátodo de las celdas individuales y la reutilización de las mezclas químicas dentro de ellas, incluso volviendo a agregar litio, que se ha agotado por el uso, en lugar de extraer metales individuales de la mezcla. Si bien los métodos de reciclaje directo aún se encuentran en una etapa de desarrollo incipiente, este enfoque podría algún día llegar a recuperar más materiales de las baterías y obtener un producto final de mayor valor, dice Gavin Harper, investigador de la Institución Faraday.

"Las materias primas tienen cierto valor, pero lo que más vale es la forma en que se combinan esos materiales", dice Harper. "Ese sería el Santo Grial del reciclaje: tratar de mantener el valor que está en la estructura, no solo en los materiales”.

Una industria en ascenso

La Agencia Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en inglés) estima que hoy, a nivel global, habría una capacidad suficiente para reciclar 180.000 toneladas métricas de baterías de vehículos eléctricos al año. Para tener una idea, la totalidad de los vehículos eléctricos lanzados a las calles en 2019 acabará desechando 500.000 toneladas métricas de baterías.

Pero eso si hablamos solo de un año. Para 2040, la IEA estima que podría haber 1.300 gigavatios-hora en baterías gastadas potencialmente reciclables. En términos de masa, Harper señala que una batería de 80 kilovatios-hora de un Tesla Model 3 pesa poco más de 450 kg. Si todas esas baterías agotadas provienen de vehículos Tesla Model 3, esta capacidad de almacenamiento de batería agotada se traduce en casi 8 millones de toneladas métricas de desperdicio, que, según Harper, es 1,3 veces la masa de la Gran Pirámide de Giza.

Si se aumentara el nivel de reciclaje, esos desechos podrían ser una fuente importante de minerales. En un contexto de desarrollo sostenible, donde el mercado de vehículos eléctricos crece al tiempo que se busca conseguir una reducción del calentamiento global a menos de 2 grados Celsius, la IEA estima que el reciclaje podría cubrir hasta el 12 por ciento de la demanda de minerales de la industria de vehículos eléctricos para 2040. Y si el mismo contexto climático se suma a ciertas otras estimaciones optimistas sobre el reciclaje, este proceso podría desempeñar un papel mucho más importante.

Según un informe reciente de Earthworks, si el 100 por ciento de las baterías agotadas de vehículos eléctricos se recolectara para reciclaje y recuperación de minerales (en especial, el litio), para 2040, el reciclaje podría reunir hasta el 25 por ciento de la demanda de litio de la industria de vehículos eléctricos y el 35 por ciento del requerimiento de cobalto y níquel.

Con estas estimaciones “no se pretende intentar predecir el futuro”, escribió en un correo electrónico el coautor del informe Nick Florin, director de investigación de la Universidad de Tecnología de Sídney. “Presentamos un posible panorama para explorar la importancia del reciclaje como estrategia clave para compensar la necesidad de nueva explotación minera”.

Para poder utilizar ese potencial, Florin y sus coautores subrayan que se necesitan políticas gubernamentales sólidas que respalden el reciclaje de baterías de vehículos eléctricos. Estos podrían incluir estándares sobre el diseño de las baterías que hicieran posible su fácil desarmado, planes de devolución de baterías, leyes que prohíban que se arrojen a vertederos y regulaciones que faciliten el transporte interjurisdiccional de desechos peligrosos de baterías a fines de gestionar su reciclaje.

La Unión Europea actualmente regula la eliminación de baterías de vehículos eléctricos bajo un esquema de "responsabilidad extendida del productor" y ya está actualizando sus regulaciones para establecer objetivos específicos para la recuperación de minerales. Pero solo tres estados de EE. UU. han ampliado los requisitos de responsabilidad del productor que obligan a los fabricantes de baterías de iones de litio a gestionar sus desechos.

"Una solución política simple y clara es obligar a quien pone las baterías en el mercado a que las recoja cuando ya no tienen vida útil", afirma Benjamin Hitchcock Auciello, coordinador del programa de Earthworks “Making Clean Energy Clean, Just & Equitable”.

El reciclaje no será suficiente para satisfacer la totalidad o incluso la mayor parte de nuestra demanda de metales para fabricar baterías, dado el rápido avance de la industria. Thea Riofrancos, politóloga del Providence College en Rhode Island que estudia la extracción de recursos y la tecnología ecológica, considera el reciclaje como "una estrategia entre varias" para reducir la demanda de nueva explotación minera. Otras alternativas podrían ser el desarrollo de nuevas baterías que utilicen menos minerales, y la optimización del transporte público y el desarrollo de ciudades en las que se pueda andar a pie o en bicicleta a fin de reducir el número de vehículos privados.

De todas formas, aunque el reciclaje solo cubra entre un cuarto y un tercio de la demanda de minerales para baterías en las próximas décadas, Riofrancos sostiene que es un área importante en la que debemos centrarnos porque nos ayuda a "repensar nuestra relación con la tecnología".

“El reciclaje nos recuerda que hay límites biofísicos”, dice Riofrancos. “En definitiva, se trata de recursos no renovables. Habría que pensar en ellos como recursos que queremos aprovechar al máximo, y no como elementos que arrancamos de la tierra y luego desechamos".