Un futuro alimentado por baterías, garantizado con el reciclaje automatizado
Publicado a las 17 de diciembre de 2024 el Sustainable Manufacturing
Cada día nos alejamos más de los combustibles fósiles y avanzamos hacia tecnologías energéticas más limpias para cumplir los objetivos acordados en la COP 28. Por ello, el papel de las baterías es crucial para impulsar el uso de las energías renovables en la combinación de energía y la electrificación del transporte.
El mercado de las baterías está creciendo, con dos sectores, el de la energía y el transporte, encabezando la demanda. Según la Agencia internacional de la energía (AIE), el sector energético representa más del 90 % de la demanda total de baterías. Solo en 2023, el despliegue de baterías en este sector aumentó en más de un 130 % de un año a otro, sumando un total de 42 gigavatios (GW) a los sistemas eléctricos de todo el mundo. El almacenamiento de energía se está convirtiendo en una de las principales aplicaciones de las baterías para aprovechar las energías renovables y seguirá ganando importancia en el futuro. Por otro lado, en el sector del transporte, las baterías han facilitado el aumento de coches eléctricos, bicicletas, camiones, autobuses y otros vehículos alimentados por batería.
Incertidumbre sobre las materias primas
Sin embargo, el futuro crecimiento de la fabricación de baterías y de las industrias a las que presta servicios dependerá en gran medida de garantizar un suministro fiable de materiales como litio, cobalto, cobre, níquel, manganeso y grafito.
En la actualidad, China lidera no solo la producción de baterías, sino también el suministro de materias primas, ya que posee la mayoría de las minas de África, Australia y Sudamérica. Aunque Europa tiene sus propias reservas de materias primas, todavía no se están explotando, y el proceso de apertura de una mina lleva años.
La otra vía para obtener materias primas es recuperarlas de las baterías ya fabricadas. En teoría, sería una estrategia prometedora para que Europa reduzca su dependencia de las precarias cadenas mundiales de suministro y establezca una producción sostenible de circuito cerrado. Sin embargo, la realidad es que el reciclaje de baterías presenta muchas complicaciones.
Retos del reciclaje de baterías
El principal problema es la falta de normalización en la química y fabricación de las baterías. Hoy en día, nadie sabe realmente lo que hay dentro de las baterías que están en circulación. Las plantas de reciclaje han creado bases de datos para identificar el modelo y los materiales utilizados, pero incluso si encuentran una coincidencia, no hay garantías de que la composición de la batería que tienen delante concuerde con la de la base de datos. A lo largo de su vida útil, una batería sufre cambios químicos y estructurales irreversibles que pueden provocar la degradación del material. Igualmente, los cambios de proveedores de materias primas durante el ciclo de vida de un subtipo determinado podrían dar lugar a variaciones en la composición.
Por otro lado, las plantas de reciclaje se enfrentan a problemas de calidad para extraer y recuperar materias primas de las baterías. El litio, por ejemplo, tiene que ser 100 % puro para reutilizarse. Si se contamina, aunque sea mínimamente, durante el proceso de reciclaje, dejará de ser apto para su reutilización.
Otro inconveniente es que no todas las baterías se devuelven en buenas condiciones y los daños no son visibles, lo que dificulta a las plantas de reciclaje evaluar su estado. Si el coche con la batería ha sufrido un accidente o los nodos de una batería electrónica se han lavado, afectará a su reciclabilidad.
¿Es viable darles una segunda vida?
El reciclaje de baterías no solo consiste en recuperar materias primas para la producción de baterías nuevas, sino también en reparar y reutilizar baterías para una segunda vida. Cuando la capacidad de una batería cae por debajo del 80 %, el nivel que se considera aceptable para los vehículos eléctricos, es posible darle un segundo uso como parte de una solución de almacenamiento de energía.
Sin embargo, esto conlleva sus propios retos, y las plantas de reciclaje tienen que pasar por un largo proceso de toma de decisiones para identificar si la batería es apta para darle una segunda vida antes de abrirla. También deben asegurarse de que disponen de suficientes baterías de las mismas características para proyectos de almacenamiento de energía de gran capacidad, en los que no se pueden mezclar distintos tipos de batería.
Clasificación y desmontaje de la batería: una operación manual
Debido a sus numerosos retos, el desmontaje de baterías para su reciclaje sigue siendo un proceso totalmente manual. Básicamente, se trata de un proceso de fabricación inversa, en el que los componentes electrónicos y los productos químicos deben eliminarse por separado. Además de ser una tarea manual lenta y ardua, también es peligrosa. La batería debe descargarse antes de desmontarla, ya que el trabajador podría sufrir una descarga eléctrica grave si entra en contacto con las partes activas. La presencia de materiales tóxicos, como disolventes y electrolitos, también supone un grave riesgo para la salud y la seguridad al manipular baterías.
La normativa sobre baterías de la UE
La nueva normativa sobre baterías de la UE representa un gran paso hacia una economía circular para las baterías y sus componentes. Además de introducir objetivos para la eficacia del reciclaje, la recuperación de materiales y el contenido reciclado, la normativa incluye varios requisitos que ayudarán de alguna manera a abordar los problemas actuales de las plantas de reciclaje.
Una de las condiciones es que las baterías utilizadas en vehículos y aparatos electrónicos sean extraíbles. Esto no solo prolongará la vida útil de los productos, sino que también facilitará la retirada de las baterías para su reciclaje.
Otro requisito es que, a partir de 2027, todas las baterías industriales y de vehículos electrónicos de más de 2 kWh vendidas en la UE necesitarán un pasaporte de batería único accesible mediante un código QR. Esto cambiará totalmente el panorama del reciclaje de baterías, ya que eliminará muchas de las incógnitas en torno a su composición.
Sin embargo, los pasaportes digitales tardarán bastante en ser prácticos para las plantas de reciclaje. Las baterías tienen una vida útil mínima de ocho años y una vida útil real que suele acercarse a los 15 años. Esto significa que las primeras baterías con pasaporte digital estarán disponibles para su reciclaje a partir de 2035 como muy pronto y que se seguirán utilizando baterías sin pasaporte en 2040. Mientras tanto, lo más urgente es perfeccionar las tecnologías de comprobación y medición de estado.
La automatización tiene un potencial revolucionario
La automatización inteligente es la clave para la clasificación y el desmontaje seguros y eficientes de las baterías para su posterior reciclaje. La tecnología de visión y sensórica se puede combinar con el análisis de datos y la IA para identificar el tipo de batería; los robots pueden realizar tareas peligrosas como abrir, descargar y desmontar baterías, sin poner en riesgo a los trabajadores humanos, y los procesos digitalizados pueden facilitar la separación de la denominada "masa activa".
OMRON es socio de la red de investigación alemana DiLiRec, que durante los próximos tres años se centrará en el desarrollo de procesos de reciclaje sostenibles para el material catódico litio-ferrofosfato (LFP). Los requisitos previos identificados para un reciclaje eficaz de este material son: la clasificación eficiente de las células de la batería, el desmontaje y la eliminación de los electrodos, y el registro sistemático de datos en los procesos de reciclaje de baterías. OMRON aporta al ecosistema, que reúne a fabricantes de baterías, investigadores y plantas de reciclaje, sus capacidades en robótica, análisis de datos y visión y detección basadas en IA.
La falta de autonomía de Europa en la producción de baterías amenaza el futuro crecimiento de sus industrias de movilidad eléctrica y energía. Por ello, el desarrollo de las infraestructuras de reciclaje de baterías es clave para garantizar la materia prima que estas industrias necesitan, así como para crear la circularidad que permite obtener tecnologías alimentadas por batería sostenibles. La automatización de la clasificación y el desmontaje de baterías es una pieza pequeña pero crucial de este rompecabezas, y OMRON se enorgullece de formar parte de un movimiento que impulsa el cambio hacia un nuevo paradigma.
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