El desafío de reciclar las baterías de iones de litio

¿Qué les sucede a las baterías usadas de las carretillas elevadoras?

Uno de los argumentos que en ocasiones se aduce contra las baterías de iones de litio (Li-ion) es su dificultad de reciclaje. Pero ¿es esto algo que realmente debiera disuadirle de su compra? En busca de respuestas, Mark Nicholson se pone en contacto con varias empresas que gestionan las diferentes etapas del ciclo de vida de las baterías.

En primer lugar, aborda los desafíos que implican el almacenamiento, la recogida y el transporte de las baterías de iones de litio al final de su ciclo de vida con una empresa muy involucrada en esas actividades. Habla después con una importante firma europea de reciclaje sobre el proceso para recuperar los materiales que componen las celdas de iones de litio. Por último, averigua cómo un fabricante de baterías de iones de litio está haciendo más seguros y reciclables sus productos.

No hay qué preocuparse

El grupo internacional ECOBAT Technologies es, entre otras cosas, el mayor productor de plomo del mundo, y uno de los principales distribuidores de baterías de ácido-plomo, iones de litio y otros tipos. Tom Seward es director comercial de la división ECOBAT Logistics en el Reino Unido, cuyo servicio de alcance europeo OneCallCollection (OCC) gestiona baterías de desecho de cualquier composición química.

«Como grupo, no tenemos ningún favoritismo hacia la promoción de determinadas tecnologías de batería», afirma Tom. «Tanto las baterías de iones de litio como las de ácido-plomo tienen su lugar, y lo importante es elegir las más adecuadas para cada aplicación específica. Al tomar esa decisión, no hay que preocuparse por la reciclabilidad».

Y prosigue: «La Directiva de la UE sobre baterías exige que, en última instancia, todas las baterías sean recicladas. Es más, impone sobre el fabricante de la batería la responsabilidad de que eso suceda. En el caso de las baterías de iones de litio agotadas, los usuarios pueden tener que pagar por la logística involucrada en la recogida, pero la legislación delega al productor la responsabilidad de su reciclaje.

«Aunque, en la actualidad, existe una acumulación de baterías de iones de litio a la espera de ser recicladas, se trata de una situación temporal que va a corregir el propio mercado. A medida que aumente la demanda por reciclar este tipo de baterías, el número y la capacidad de las empresas de reciclaje seguirán creciendo como respuesta».

La patata caliente

Las baterías del sector automotor representan una parte considerable de la carga de trabajo del servicio OCC, pero el sector de las carretillas elevadoras también es una fuente importante de suministro. Además, las baterías portátiles se recogen en puntos de reciclaje dispuestos por los ayuntamientos, o en establecimientos comerciales. A pesar del rápido incremento en el uso de baterías de iones de litio, Tom puntualiza que sus volúmenes son todavía bastante reducidos en el mercado de las carretillas elevadoras.

El almacenamiento, la recogida y el transporte de baterías de iones de litio exigen una cuidadosa planificación. Aunque estas baterías son seguras cuando se usan, se manipulan y se descartan de manera correcta, Tom advierte de que sus riesgos no siempre se entienden por completo. «A nadie se le ocurriría aproximar una llama a la toma del depósito de combustible de una carretilla elevadora diésel. Existen reglas básicas similares para los modelos operados con batería. Cabe destacar que, con una batería de ácido-plomo, se pueden hacer cosas que resultarían peligrosas con los iones de litio». Del mismo modo, existen peligros asociados al ácido-plomo que los iones de litio evitan.

Después añade: «El riesgo de los iones de litio es la fuga térmica, por la que el sistema de gestión de la batería pierde el control y se produce una rápida reacción en cadena, con una enorme descarga de calor que puede desembocar en un incendio. El fenómeno puede originarse al descargar completamente la batería, sobrecargarla, perforarla o dañarla, o por un defecto de fabricación».

«El peligro permanece cuando la batería de iones de litio se descarta, especialmente si está dañada o se encuentra en mal estado. Debido a su naturaleza volátil y a su potencial de autocombustión, el acuerdo ADR (Accord Dangereux Routier) europeo sobre transporte por carretera clasifica las baterías de iones de litio de desecho como mercancías peligrosas».

El servicio OCC de ECOBAT Logistics comienza ofreciendo asesoramiento y asistencia con estos temas, incluida una evaluación in situ de las condiciones de almacenamiento y, cuando sea necesario, recomendaciones para su mejora. Con el fin de facilitar el almacenamiento y transporte de las baterías de iones de litio, proporciona contenedores especiales con un sistema de envasado diseñado para prevenir incendios. Antes de ser transportadas a una de las instalaciones de recogida de OCC en un vehículo homologado según el acuerdo ADR, las baterías se someten a una inspección. Allí se clasifican según su tipo y se almacenan de forma segura hasta acumular la cantidad óptima para su traslado a una planta de reciclaje.

Desmontaje de las baterías

Las baterías de ácido-plomo se perciben como más fáciles de reciclar que las de iones de litio. «Tienen menos componentes internos y poseen una estructura relativamente estandarizada que resulta fácil de desmontar», afirma Tom. «Hasta el 96 % de sus materiales pueden ser reciclados, lo que incluye prácticamente todo el plomo. Es una tasa de recuperación superior, por ejemplo, a la del papel o el vidrio».

Las carcasas de estas baterías pueden reciclarse para obtener nuevos productos a base de polipropileno, mientras que el electrolito de ácido sulfúrico se convierte en yeso (sulfato de calcio dihidratado), que se usa como acondicionador de suelo y en materiales de construcción a base de escayola. Ya solo el valor del plomo extraído paga de sobra el coste del proceso. En contraste, el coste de reciclar las baterías de iones de litio suele superar el valor de los materiales recuperados.

La complejidad y la variedad relativa de diseños y estructuras existentes en estas baterías hace que la operación no siempre sea sencilla. Además, los métodos empleados para mantener unidos algunos de estos componentes complican el desmontaje. Sin embargo, como veremos más adelante, es posible diseñar baterías de iones de litio con componentes que sean fáciles de separar y reutilizar, y que tengan en cuenta la reciclabilidad de los materiales.

«Hasta el 96 % de sus materiales pueden ser reciclados, lo que incluye prácticamente todo el plomo. Es una tasa de recuperación superior, por ejemplo, a la del papel o el vidrio».

El proceso de reciclaje de las baterías de iones de litio

Nickelhütte Aue GmbH (NHA), con sede en Alemania, es una de las mayores empresas de reciclaje de Europa. Recibe baterías de vehículos eléctricos de todas las grandes empresas de automoción y también, cada vez más, del sector de carretillas elevadoras.

«Sumamos casi 400 años de experiencia como empresa de pirometalurgia y reciclaje», recalca Patrick Renner, gerente de zona de NHA para Europa occidental y septentrional. «Somos especialistas globales en el reciclaje de residuos que contengan níquel, cobre, cobalto, vanadio, molibdeno y tungsteno. Estos materiales nos llegan en catalizadores y lodos procedentes de la industria química, petroquímica y galvánica, y como subproductos reciclables de la hidrogenación de aceites, grasas y otras sustancias. Llevamos recuperando metales de las baterías de iones de litio desde 2011».

Los últimos datos de eficiencia global en el reciclaje de las baterías de iones de litio en NHA se cifran en el 74,5 % para el año natural de 2019. Cabe reseñar que este es el valor medio, y que algunas baterías de iones de litio proporcionan valores de recuperación mayores. «Los principales metales reutilizables extraídos son el níquel, el cobalto, el cobre, el aluminio y el hierro», explica Patrick. «Se encuentran presentes en pequeñas cantidades, por lo que, para cubrir nuestros costes, cobramos a los fabricantes de las baterías una tasa de reciclaje. De momento, recuperar el litio no es rentable, pero hay que tener en cuenta que este metal solo supone alrededor del 2 % del peso de una batería. A lo largo de los años, hemos ido aumentando nuestra capacidad para dar respuesta a la creciente necesidad de reciclar las baterías de iones de litio, y estamos preparados para asumir el aumento de la demanda en el futuro».

Los procesos de reciclaje de NHA para las baterías de iones de litio se basan en un tratamiento pirometalúrgico seguido de un paso hidrometalúrgico. En el tratamiento pirometalúrgico, que tiene lugar en el núcleo de la planta, los materiales se funden en un horno a alta temperatura. Ello da lugar a un producto intermedio donde se concentran los metales. En el paso hidrometalúrgico, este producto intermedio se lixivia bajo presión para producir sulfato de níquel, sulfato de cobre y sulfato de cobalto mediante un proceso de extracción con disolventes.

«Para asegurarnos de que no queden compuestos de desecho al final de nuestro proceso de reciclaje, usamos el calor del gas residual para generar vapor y energía eléctrica para nuestras operaciones», añade Patrick. «Nickelhütte Aue busca continuamente mejoras para dar respuesta a los desafíos del mercado. Nuestro desarrollo medioambientalmente sostenible más reciente es un quemador especial que usa combustibles renovables como, por ejemplo, residuos altamente calóricos procedentes de la producción de aceite vegetal».

Avances en materia de seguridad

Triathlon Battery Solutions es un diseñador y fabricante global líder de baterías tanto de ácido-plomo como de iones de litio, así que, de nuevo, podemos esperar una posición imparcial. El éxito de Triathlon para abordar el transporte seguro y los problemas de reciclabilidad se debe, en gran medida, a su enfoque modular en cuanto al diseño, el mantenimiento y el reciclaje de las baterías de iones de litio.

Ralf Kölzer, gerente de cuentas clave de Triathlon Batterien GmbH en Alemania señala los principios básicos de esta política. «Montamos nuestras baterías dentro de una gruesa “bandeja” de metal muy resistente. Esta estructura en forma de caja alberga y protege los módulos de energía y otros componentes. Cada uno de los módulos, que contiene celdas de iones de litio, se encapsula en una sólida carcasa protectora de aluminio. Nuestras celdas han sido puestas a prueba por la industria automotriz, que las somete a ensayos rigurosos y muy costosos para certificar su fiabilidad y seguridad. Colocamos los módulos muy apretados en la bandeja, le añadimos lastre adicional y sujetamos todo firmemente para evitar cualquier movimiento durante el transporte o el uso. Con una estructura tan estable y protegida, los riesgos derivados de daños sufridos son mínimos».

Para las carretillas elevadoras, Triathlon produce módulos de 24, 36 y 40 V. Los módulos pueden combinarse en una bandeja para crear baterías más grandes de hasta 80 V. En caso de avería, es posible reemplazar el módulo específico afectado en el propio país del usuario. Ello reduce la necesidad de transportar las baterías internacionalmente, lo que evita además todas las precauciones adicionales que tales operaciones requieren.

Ralf insiste en que un módulo no funcional no siempre representa un peligro. «Un sensor agrietado o un conector roto, por ejemplo, no suponen riesgo alguno. La unidad central de control (CCU) de las baterías de Triathlon, que permite acceder a sus datos de forma remota, puede señalar un gran número de errores distintos. Salvo que el módulo esté perforado, abollado o gravemente dañado de alguna otra forma, la norma de transporte de la ONU, UN 38.3, no lo clasifica como peligroso. Siempre usamos embalajes con homologación ADR para el transporte de nuestros módulos. Más específicamente, seguimos la instrucción de embalaje ADR P903 para todas nuestras celdas y baterías, y la instrucción P911 para celdas y baterías de iones de litio dañadas o defectuosas, las cuales solo pueden ser transportadas por un ente autorizado».

Avances en reciclabilidad

Si un módulo defectuoso puede repararse, se devolverá al cliente. La configuración modular de las baterías de Triathlon también ofrece margen para adaptarse a los cambios en la flota del cliente. «Si un cliente adquiere una nueva generación de carretillas elevadoras que necesitan una bandeja de tamaño y forma distinta, o una batería de capacidad distinta, podemos reorganizar los módulos existentes para satisfacer los nuevos requisitos», asegura Ralf.

Tras una larga vida sirviendo al sector de la manipulación de materiales, los módulos de Triathlon pueden llegar a conocer una segunda y hasta una tercera vida en otros sectores. La empresa pone mucho énfasis en recuperar sus baterías cada vez para poder reutilizar sus componentes.

Las baterías de iones de litio de gran tamaño ofrecen muchas posibilidades de retrasar su reciclaje y, por lo tanto, de obtener un aprovechamiento adicional de los recursos que se dedicaron a su fabricación, encontrando usos alternativos para ellos. A medida que la batería envejece, su capacidad para mantener la carga se reduce. Cuando ya no sea capaz de albergar suficiente carga para el funcionamiento eficiente de una carretilla elevadora u otro vehículo, deberá ser reemplazada. Sin embargo, puede que su capacidad todavía sea suficiente para otra función. El almacenamiento de energía en redes eléctricas es uno de los usos más obvios. Es posible almacenar electricidad en bancos de baterías de segunda o tercera mano durante los picos de generación, ya sea de fuentes renovables o convencionales, y luego liberarla para cubrir la demanda de suministro.

«Los módulos de iones de litio de Triathlon no se reciclan hasta que están completamente agotados», insiste Ralf. «Solo al llegar ese momento, los sacamos de la batería y los enviamos a reciclar. El resto de componentes, incluida la bandeja, el lastre y los elementos eléctricos, pueden reutilizarse. Son fáciles de desmontar, ya que nuestras baterías no están pegadas ni soldadas. Es importante reseñar que las celdas de iones de litio representan apenas el 20 % del peso de la batería, por lo que, como mínimo, se reutiliza el 80 % de su material. Nuestra tasa de reciclaje para el contenido relativamente pequeño de la celda es de alrededor del 86 %, y sigue creciendo».

Plomo frente a litio

¿En qué queda entonces, con todo esto, el debate sobre ácido-plomo contra iones de litio? «El plomo no está muerto», recalca Tom Seward, de ECOBAT. «Las baterías de ácido-plomo aportan importantes ventajas y, en muchos casos, son todavía la opción predominante para los usuarios de carretillas elevadoras. No obstante, en las aplicaciones correctas, los iones de litio tienen mucho que ofrecer. Los factores a considerar al escoger una batería son numerosos, incluido el coste inicial mucho mayor de los iones de litio, pero la reciclabilidad no debería ser un impedimento».

Ralf Kölzer, de Triathlon, está de acuerdo: «Estamos encantados de fabricar y vender baterías tanto de ácido-plomo como de iones de litio. Para el cliente, se trata de una decisión compleja. En favor de los iones de litio destacaría su vida útil especialmente larga. Los iones de litio también minimizan la necesidad de reemplazar la batería y realizar tareas de mantenimiento, lo que, en el caso del ácido-plomo, puede llevar a un manejo o uso inadecuado, con los peligros que conlleva. Al mismo tiempo, podemos ver buenas razones para elegir el ácido-plomo. Aconsejamos a nuestros clientes que no consideren el reciclaje o la seguridad del transporte como un problema con ninguna de las dos tecnologías. Por contra, deberían informarse bien de todas las cuestiones, solicitar asesoramiento imparcial a expertos y tomar la decisión más adecuada de acuerdo con las necesidades de su actividad».