¿Cómo se convierten 360.000 toneladas de pilas usadas al año en un tesoro de materias primas?

¿Qué ocurrirá en el futuro con las baterías usadas de los vehículos eléctricos? ¿Cómo pueden reciclarse eficazmente sus valiosos materiales para crear un auténtico ciclo de las baterías basadas en litio? Con sus actividades de investigación y desarrollo, el Centro Fraunhofer de I+D para la electromovilidad (FZEB) está llevando a cabo en Alemania una labor de investigación y desarrollo de soluciones eficientes y sostenibles para el reciclado de baterías. Ahora, se ha puesto en marcha otro proyecto conjunto de investigadores y la industria de las baterías para el reciclado directo de sus materiales: ProBatman, cuyo objetivo es optimizar los pasos del proceso a lo largo de toda la cadena de reciclaje en términos de pureza y rendimiento.

La electromovilidad ha cobrado impulso, en todo el mundo y también en Alemania. ¿Qué ocurre cuando se retiran del servicio las baterías correspondientes? A partir de 2040, se espera que cada año se produzcan hasta 360.000 toneladas métricas de baterías de iones de litio al final de su vida útil. Tratarlas como residuos sería un despilfarro de recursos. Los procesos de reciclado pirometalúrgico e hidrometalúrgico de baterías de litio actualmente establecidos sólo se centran en algunos de los materiales utilizados en las baterías de iones de litio. Además, requieren un elevado consumo de energía o grandes cantidades de materiales auxiliares, por lo que no son suficientemente eficientes. Con las tecnologías adecuadas, las baterías al final de su vida útil no sólo pueden servir como fuente de materias primas críticas, sino también proporcionar los materiales funcionales ya procesados, con el consiguiente ahorro de energía y recursos. Ahora hay que seguir desarrollando, optimizando y ampliando las tecnologías necesarias para que estén disponibles a tiempo.

En consonancia con la estrategia alemana de sostenibilidad y el Reglamento de la UE sobre baterías, el proyecto ProBatman, puesto en marcha recientemente, pretende recuperar el mayor número posible de componentes materiales de las baterías usadas. El proyecto, coordinado por Netzsch-Gerätebau GmbH, ve un ambicioso potencial en el reciclado directo y la resíntesis y reutilización comparativas de las materias primas recuperadas. El procesamiento por parte de ProBatman de las 340.000 toneladas métricas de pilas usadas previstas anualmente a partir de 2040 podría ahorrar hasta 1,3 gigatoneladas de CO₂ equivalente (1 gigatonelada = 1.000 millones de toneladas) .

Aumento de la rentabilidad y la reciclabilidad mediante el reciclado directo

Los materiales modernos de las baterías de iones de litio no contienen níquel ni cobalto, lo que hace menos rentable el uso de procesos hidro o pirometalúrgicos. Por ello, ProBatman se centra sistemáticamente en la recuperación de los componentes volátiles y las sales guía. Esto se tiene en cuenta desde el primer paso: la apertura segura de las celdas de la batería bajo gas inerte. La separación de los materiales activos que almacenan iones de litio de los electrodos, así como el posterior desaglomerado y clasificación, también deben llevarse a cabo de la forma más cuidadosa y precisa posible utilizando nuevas tecnologías. Los materiales recuperados se analizan, limpian y regeneran de forma específica para su reutilización, en función de su tipo.

Centrarse en la seguridad, la transferibilidad y la madurez tecnológica

Las tecnologías necesarias para cada una de las fases del proceso se probarán en términos de escalabilidad, respeto al medio ambiente y otros aspectos de seguridad. Al mismo tiempo, se evaluarán todos los parámetros de proceso y datos de materiales disponibles como parte de un análisis prospectivo del ciclo de vida con el fin de identificar un mayor potencial de optimización y transferir gradualmente las tecnologías a un mayor nivel de madurez. De este modo, todo el proceso de reciclado resultará atractivo para los fabricantes de baterías y las empresas de reciclado especializadas.

Con los socios del proyecto BMW AG, EurA AG, Fraunhofer ISC, Netzsch Group y la Universidad de Würzburg, un consorcio de proyecto experimentado está preparado para abordar los obstáculos tecnológicos. El consorcio cuenta con el apoyo de IBU-tec advanced materials AG, Trumpf Laser- und Systemtechnik SE, Jungheinrich AG & Co. KG, Zahner Elektrik GmbH & Co. KG, y Delfortgroup AG.

El Fraunhofer R&D Center for Electromobility (FZEB) del Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC comenzó a centrarse en el reciclaje directo de baterías de iones de litio en su propia investigación hace varios años. En una serie de proyectos, se demostró la clasificación (es decir, la separación por tipos) y recuperación de fosfato de hierro y litio mediante centrifugadoras semicontinuas, y se inició la investigación sobre la regeneración de diversos materiales activos. Para acercarse al gran objetivo de una batería de iones de litio sostenible y reciclable, también se investigan actualmente enfoques de diseño para el reciclaje y las ventajas de los gemelos digitales. Además, Fraunhofer ISC aporta al proyecto su experiencia científica en investigación y análisis de materiales para baterías de iones de litio, así como su propia planta piloto de producción de pilas de bolsa.