El rival europeo Tesla está arreglando el enorme lío del reciclaje de baterías

El mercado de los automóviles eléctricos tiene un defecto crucial: toneladas de baterías explosivas insostenibles. La solución está construida en los países nórdicos

Para 2025, se estima que los automóviles eléctricos e híbridos representarán el 90% del mercado de baterías de iones de litio. Son muchas baterías que habrá que quitar algún día. En la carrera por pasar de los combustibles fósiles a los vehículos eléctricos, surge un nuevo desafío: ¿qué haces con millones de baterías usadas? Para el fabricante sueco de baterías Northvolt, una empresa fundada por dos ex ejecutivos de Tesla en 2016, la respuesta es simple: recíclelas.

En Västerås, una pequeña ciudad en el centro de Suecia, hay una instalación experimental de reciclaje de baterías. Aquí Northvolt está tratando de demostrar que las baterías de los automóviles se pueden reciclar a una escala épica. Las baterías podrían ser mucho mejores para el medio ambiente que los combustibles fósiles, pero aún tienen un impacto considerable. Resuelva esto y la revolución verde realmente podrá cumplir sus promesas.

Se estima que la explotación y refinación de materias primas contribuye con el 30% de las emisiones de gases de efecto invernadero de una batería. El propósito de Northvolt es tomar esas materias primas de una batería usada y reutilizarlas para una batería nueva. Tal descubrimiento, si se amplifica, sería enorme para abordar la crisis climática. El proyecto ha estado operativo desde el verano y ya está produciendo celdas de muestra.

Northvolt es, de alguna manera, la respuesta de Europa a la impresionante potencia de la batería Tesla. A partir de 2019, está construyendo la primera Gigafábrica en Europa en su ciudad natal, Suecia, con el objetivo de servir al 25% del mercado europeo de baterías de automóviles para 2030. Si la planta piloto de reciclaje tiene éxito, se construirá una planta de reciclaje en todo escala. justo al lado de la Gigafábrica, en las afueras de la ciudad industrial de Skellefteå en el norte de Suecia.

En la actualidad, el reciclaje de baterías para coches eléctricos es una empresa compleja y técnica. Incluso antes de reciclar la batería, Northvolt debe encontrar una forma segura de devolver el paquete de baterías, con todos sus productos químicos tóxicos e inflamables, a la unidad. Es un proceso que implica saltar a través de una serie de círculos regulatorios y de seguridad. «Cada vez que se quita una batería del automóvil, debe manipularse de manera segura», dice Emma Nehrenheim, directora ambiental de Northvolt. «Es muy caro hacer esto de forma segura y lleva mucho tiempo».

Una vez que una batería se ha entregado de forma segura al centro de reciclaje de Northvolt, se lleva a cabo el proceso de desmontaje y descarga. El problema es que las baterías tienden a explotar si se desmontan incorrectamente. Hay litio, níquel, manganeso, grafito y cobalto, todo envuelto en acero, aleación y plástico. Una descarga completa de la batería eliminará cualquier energía almacenada y evitará eventos térmicos no deseados que podrían hacer que la batería se incendie o explote.

Si bien el desmontaje de la batería se realiza actualmente de forma manual, Nehrenheim dice que Northvolt está en medio del diseño de un sistema de desmontaje automático. Esto no solo acelerará el proceso, sino que lo hará aún más seguro. El gran obstáculo para superar los automóviles es el diseño de las baterías: no hay dos iguales, lo que obliga a las instalaciones de reciclaje a idear planes diferentes para diferentes baterías de automóvil.

Una vez que la batería se ha desmontado de forma segura y se han recuperado las celdas y los módulos, Northvolt comienza a triturar esas celdas en un vacío hermético, asegurándose de que no haya gases reactivos, como dióxido de carbono y oxígeno a su alrededor, que contaminen los materiales de las celdas. El electrolito líquido se evapora y condensa, quedando en otra parte del proceso químico.

Luego, el material triturado se clasifica en función de diferentes propiedades. Imagine un tamiz masivo que recolecta materiales más grandes y los separa de los más pequeños, mientras que un imán separa los metales magnéticos y no magnéticos. Todo esto luego se entrega a las instalaciones de reciclaje cercanas. «Dependemos de asociaciones para reciclar», dice Nehrenheim. “El cobre es algo para lo que no tenemos nuestro propio proceso. El aluminio es otro caso en el que colaboramos con socios. «

Una vez que todo el material triturado ha sido clasificado y separado de acuerdo con la densidad, el magnetismo y el tamaño, todo lo que queda es una pila de polvo negro, algo que Nehrenheim llama «masa negra». El polvo está compuesto de níquel, manganeso, cobalto, hidróxido de litio y grafito, algunos de los componentes más importantes de una batería de iones de litio. Este polvo se somete a un proceso llamado hidrometalurgia, en el que el polvo negro se arroja a un baño ácido. Todas estas materias primas se separarán de la pólvora negra, dejando atrás todos los ingredientes necesarios para fabricar una nueva batería para el coche eléctrico.

Por el momento, el proceso es relativamente lento y complejo. Pero con el tiempo, Northvolt espera acelerarlo y simplificarlo. Anna Korre, profesora de ingeniería ambiental en el Imperial College de Londres, dice que hay tres métodos dominantes para reciclar las celdas de las baterías. La hidrometalurgia es uno de ellos. Los otros dos son pirometalúrgicos y reciclaje directo. El reciclaje pirometalúrgico es cuando las celdas de una batería se funden en un horno a 3.000 grados centígrados. Es un proceso violento en el que se pierde todo el litio, lo que no es un resultado ideal cuando se intenta reciclar baterías de iones de litio.

«El método hidrometalúrgico funciona mejor en términos de huella ambiental, una mejora de alrededor del 30% en la huella de carbono cuando se incluye el reciclaje», dice Korre. En Alemania, Duesenfeld utiliza un proceso hidrometalúrgico para reciclar baterías. En Bélgica, Umicore utiliza un proceso pirometalúrgico.

Sin embargo, Northvolt difiere en el uso de energía hidroeléctrica para alimentar el 100% de su proceso de producción, lo que significa que la empresa tiene el potencial de reducir aún más las emisiones de gases de efecto invernadero. «Empezamos a buscar un sitio donde pudiéramos tener tantas energías renovables como fuera posible para reducir nuestra huella de carbono», dice Nehrenheim. «Tenemos un excedente de energía hidroeléctrica en los países nórdicos».

La empresa también suministrará las materias primas necesarias para producir las baterías directamente de la mina y producirá el cátodo en sí. La refinación también se llevará a cabo cerca de la mina. Esto, espera Northvolt, creará una cadena de suministro más corta y sostenible que sea más fácil de rastrear y monitorear. Esto es diferente de otros fabricantes de automóviles y baterías que tienen cadenas de suministro globales largas y complejas. Muchas empresas de automóviles compran baterías para automóviles eléctricos de LG Chem y Panasonic, que a su vez compran materiales de cátodos de proveedores como Umicore.

Por el momento, Northvolt no obtiene materias primas de la República Democrática del Congo, donde se extrae la gran mayoría del cobalto, un componente importante de las baterías de los coches eléctricos. En 2016, un informe de Amnistía Internacional reveló que 35.000 niños trabajadores trabajaban en las minas de cobalto del país. Si bien Northvolt dice que espera eventualmente extraer cobalto de la República Democrática del Congo, dice que no lo hará hasta que pueda hacerlo de una manera sostenible y ética.

El reciclaje de baterías de automóviles eléctricos ya es un problema importante, pero a medida que aumenten las ventas de vehículos eléctricos, esto se volverá crítico. «Se trata de tener una buena instalación para traer nuevos paquetes y baterías para vehículos eléctricos al mercado y evaluar y crear la forma más eficiente de reciclar», dice Nehrenheim. Se espera que el primer bloque de la planta de reciclaje Gigafábrica esté operativo en 2022, con capacidad para reciclar 25.000 toneladas de celdas de batería cada año.

Puede parecer mucho, pero esto es solo una fracción del desperdicio total causado por el crecimiento de los vehículos eléctricos. En un artículo de 2019 publicado en la revista Nature, los investigadores estimaron que más de un millón de autos eléctricos vendidos en todo el mundo en 2017 podrían resultar en 250,000 toneladas de paquetes de baterías obsoletos. La legislación de la UE exige que los fabricantes de baterías deban retirar las baterías de automóvil usadas una vez que hayan llegado al final de su vida útil y prohíbe la eliminación de las baterías de automóvil mediante almacenamiento e incineración. A principios de este mes, Tesla recibió una multa de £ 10,8 millones por parte de la Agencia Federal de Medio Ambiente de Alemania por no recuperar las baterías usadas.

«La perspectiva de vertederos en la mayoría de los países es inverosímil porque existen regulaciones estrictas para evitar esto y las consecuencias ambientales de las toxinas que fluyen hacia el medio ambiente», dijo Paul Anderson, coautor del estudio Nature e investigador principal del Proyecto de la Institución Faraday para reciclar baterías de iones de litio. «Tenemos que reciclarlos. Difícilmente hay otra forma de hacerlas seguras que desfabricar las baterías. «

Hacer baterías de automóvil más ecológicas no solo requiere mucha ciencia inteligente, sino que también cuesta mucho dinero. En julio, Northvolt anunció que había recaudado 2.300 millones de libras en capital y deuda para apoyar el desarrollo de dos plantas de iones de litio Gigafactories y para aumentar la investigación y el desarrollo en el campo del reciclaje. La compañía también tiene inversiones de BMW, Volkswagen, ABB y Siemens, mientras que el Banco Europeo de Inversiones le ha prestado 315 millones de libras.

Si bien Europa no es líder en baterías para vehículos eléctricos en este momento, Northvolt espera impulsar la batería verde. Según la clasificación de la cadena de suministro de baterías de iones de litio de BloombergNEF para 2020, China es responsable del 80% del refinado de materias primas del mundo, el 77% de la capacidad celular mundial y el 60% de la producción mundial de componentes. «La dificultad con China es que su suministro de energía ahora depende mucho del carbón, lo que significa que su huella de carbono es muy grande», dice Korre. «La otra preocupación ampliamente expresada es con las regulaciones ambientales en su conjunto».

La presión de rivales cada vez más ecológicos en Europa y en otros lugares podría cambiar eso. Anderson predice que en el futuro, cada planta de baterías podría tener una planta de reciclaje adjunta, ya sea construyendo la suya propia o teniendo una asociación comercial con una instalación cercana. Y la razón puede no ser precisamente por la huella de carbono. «Sucederá más o menos automáticamente, sin importar lo que la gente diga sobre sus credenciales ecológicas», dice. «Simplemente llegó a nuestro conocimiento entonces. Tiene sentido recuperar los desechos de producción o las células defectuosas que nunca pasan el control de calidad. «

En 2030, Northvolt espera que el 50% de las materias primas que utiliza para fabricar baterías provengan de materiales reciclados, momento en el que apunta a poseer el 25% del mercado europeo. «No recogemos pasas de las galletas, como decimos en Suecia», dice Nehrenheim. “No solo estamos hablando de huellas de carbono o reciclaje de cobalto. Estamos hablando de asegurarnos de que todos entiendan lo que están comprando y cómo evaluar la energía renovable a lo largo de la cadena de suministro. «

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