Las baterías de litio son baterías que utilizan litio como ánodo . Este tipo de batería también se conoce como batería de iones de litio [1] y se usa más comúnmente para vehículos eléctricos y productos electrónicos. [1] El primer tipo de batería de litio fue creado por el químico británico M. Stanley Whittingham a principios de la década de 1970 y utilizaba titanio y litio como electrodos. Las aplicaciones de esta batería estaban limitadas por los altos precios del titanio y el olor desagradable que producía la reacción. [2] La batería de iones de litio actual, inspirada en el intento de Whittingham de Akira Yoshino , se desarrolló por primera vez en 1985.
Si bien las baterías de iones de litio se pueden utilizar como parte de una solución sostenible, cambiar todos los dispositivos que funcionan con combustibles fósiles a baterías de litio podría no ser la mejor opción para la Tierra. Aún no hay escasez, pero es un recurso natural que puede agotarse. [3] Según investigadores de Volkswagen, quedan alrededor de 14 millones de toneladas de litio, lo que corresponde a 165 veces el volumen de producción de 2018. [4]
El litio se extrae a escala comercial de tres fuentes principales: salmueras, arcilla rica en litio y depósitos de roca dura. Cada método conlleva ciertas perturbaciones ambientales inevitables. Los sitios de extracción de salmuera son, con diferencia, las operaciones más populares para extraer litio; son responsables de alrededor del 66% de la producción mundial de litio. [5] El principal beneficio ambiental de la extracción de salmuera en comparación con otros métodos de extracción es que se necesita muy poca maquinaria durante toda la operación. [5] Mientras que los depósitos de roca dura y las arcillas ricas en litio requieren métodos de extracción relativamente típicos, que implican maquinaria pesada. [5] A pesar de este beneficio, todos los métodos se utilizan continuamente ya que todos logran porcentajes de recuperación relativamente similares. [5] La extracción de salmuera alcanza un porcentaje de recuperación del 97%, mientras que los depósitos de roca dura alcanzan un porcentaje de recuperación del 94%. [5]
La extracción de salmuera utiliza la evaporación al aire libre para concentrar la salmuera con el tiempo. Esto provoca que se pierdan grandes cantidades de agua debido a la evaporación. Cabe señalar que por lo general esta salmuera al evaporarse tiene una salinidad muy alta, lo que hace que el agua sea inutilizable para cualquier consumo agrícola o humano. [6] Luego, la salmuera concentrada se traslada a una instalación de producción cercana para producir Li 2 CO 3 y LiOH•H 2 O. [7] Estas instalaciones de producción son responsables de la mayor parte de la contaminación atmosférica causada por los sitios de extracción de salmuera, liberando gases nocivos como el dióxido de azufre en el aire. [8]
La mayoría de los sitios de extracción de salmuera se encuentran en América del Sur , más concretamente en Chile y Argentina , donde aproximadamente la mitad de las reservas de litio del mundo se encuentran en un lugar llamado "triángulo del litio". [5] En Chile , [9] el segundo mayor productor de litio del mundo, las dos minas activas del país, administradas por SQM y Albemarle, están ubicadas en el Salar de Atacama en el desierto de Atacama . [10] Las pruebas realizadas en las salmueras de estas minas mostraron que la salmuera tiene ~350 g/L de sólidos disueltos totales. [7] Los estudios sobre esta mina y los niveles freáticos de la zona han demostrado que el almacenamiento total de agua del Salar de Atacama disminuyó en -1,16 mm por año entre 2010 y 2017. [6] Existe una división compleja entre y dentro de las comunidades locales: algunas aceptan pagos de las corporaciones mineras y participan en sus iniciativas de desarrollo comunitario, mientras que otras son ignoradas por dichos programas o rechazan las ofertas de las corporaciones debido a sus riesgos ambientales antes mencionados. preocupaciones. [11] [12] En Tagong , una pequeña ciudad en la Prefectura Autónoma Tibetana de Garzê, China, hay registros de sustancias químicas peligrosas, como ácido clorhídrico , que se filtran al río Liqi desde las instalaciones mineras de litio cercanas. [13] Como resultado, se vieron peces muertos y animales grandes flotando por el río Liqi y otros ríos cercanos cerca de las minas tibetanas. [13] Después de más investigaciones, los investigadores descubrieron que esto puede haber sido causado por fugas de piscinas de evaporación que permanecen durante meses y, a veces, incluso años. [14]
El litio también se puede extraer de depósitos de roca dura . Estos depósitos se encuentran más comúnmente en Australia , el mayor productor mundial de litio, [5] a través de minerales de espodumeno. Los minerales de espodumena y otros depósitos de roca dura que contienen litio son mucho menos abundantes en todo el mundo que las salmueras continentales. [6] Aunque los depósitos son mucho menos comunes y están menos disponibles para la minería, los costos operativos son muy similares a los costos de operar una operación de extracción de salmuera. [5] Como resultado, se siguen creando y utilizando sitios de extracción de depósitos de roca dura a pesar de que las salmueras son mucho más comunes de encontrar y normalmente tienen un impacto ambiental menor. [6]
La extracción de litio de arcillas ricas en litio implica primero extraer las arcillas mismas, lo que genera mucha contaminación atmosférica. Hay varios minerales dentro de la arcilla que contienen litio, como lepidolita , hectorita , masutomilita, zinnwaldita , swinefordita, cookeita y jadarita . [15] Después de extraer estos minerales del suelo, las arcillas se procesan para extraer el litio, esto generalmente se hace mediante reacciones químicas como la acidificación. [15] Este proceso químico puede dar lugar a la producción de gases y sustancias químicas nocivas como subproductos que fácilmente pueden provocar contaminación si no se manejan adecuadamente. [15] Las arcillas ricas en litio son la tercera fuente principal de litio, aunque son mucho menos abundantes que las salmueras y los minerales de roca dura que contienen litio. Para ser exactos, las arcillas ricas en litio representan menos del 2% de los productos de litio del mundo. [16] A modo de comparación, la extracción de salmuera representa el 39% y los minerales de roca dura representan el 59% de la producción de litio. [dieciséis]
Las baterías de iones de litio contienen metales como cobalto , níquel y manganeso , que son tóxicos y pueden contaminar los suministros de agua y los ecosistemas si se filtran de los vertederos. [17] Además, los incendios en vertederos o instalaciones de reciclaje de baterías se han atribuido a la eliminación inadecuada de las baterías de iones de litio. [18] Como resultado, algunas jurisdicciones exigen el reciclaje de las baterías de iones de litio. [19] A pesar del costo ambiental que supone la eliminación inadecuada de las baterías de iones de litio, la tasa de reciclaje sigue siendo relativamente baja, ya que los procesos de reciclaje siguen siendo costosos e inmaduros. [20] Un estudio en Australia realizado en 2014 estima que en 2012-2013, el 98% de las baterías de iones de litio fueron enviadas al vertedero. [21]
Las baterías de iones de litio deben manipularse con sumo cuidado desde su creación hasta su transporte y reciclaje. El reciclaje es extremadamente vital para limitar el impacto ambiental de las baterías de iones de litio. Al reciclar las baterías, se pueden reducir las emisiones y el consumo de energía, ya que sería necesario extraer y procesar menos litio. [22]
La EPA tiene pautas sobre el reciclaje de baterías de litio en los EE. UU. Existen diferentes procesos para baterías de un solo uso o recargables, por lo que se recomienda llevar las baterías de todos los tamaños a centros de reciclaje especiales. Esto permitirá un proceso más seguro de descomposición de los metales individuales que pueden recuperarse para su uso posterior. [23]
Actualmente se utilizan tres métodos principales para el reciclaje de baterías de iones de litio: la recuperación pirometalúrgica, la recuperación hidrometalúrgica de metales y el reciclaje mecánico. [22] Un estudio realizado en 2016 con varias plantas de reciclaje en Australia encontró que el reciclaje mecánico recuperaba la mayor cantidad de materiales, recuperando en promedio 7 de los 10 materiales posibles de las baterías de iones de litio. [22] Este mismo estudio también encontró que la hidrometalurgia recuperó 6 de cada 10 materiales en promedio y los procesos pirometalúrgicos recuperaron solo la mitad de los materiales posibles en promedio. [22]
Los procesos dentro de la recuperación pirometalúrgica incluyen pirólisis, incineración, tostación y fundición. [22] En este momento, la mayoría de los procesos industriales tradicionales no son capaces de recuperar el litio. El proceso principal consiste en extraer otros metales, incluidos cobalto, níquel y cobre. Existe una eficiencia de reciclaje muy baja en materiales y uso de recursos de capital. Existen altos requisitos de energía junto con mecanismos de tratamiento de gas que producirán un menor volumen de subproductos de gas. [24]
La hidrometalurgia utiliza reacciones químicas para disolver materiales en una solución, que luego se precipita para recuperar la materia prima deseada. [22] Este método de reciclaje destruye todos los materiales orgánicos, como el plástico, durante el proceso. [22] Dicho esto, la hidrometalurgia logra una pureza muy alta en los metales recuperados, lo que la convierte en un buen método de reciclaje. [22] Se utiliza comúnmente para la recuperación de cobre. Este método se ha utilizado para otros metales para ayudar a eliminar el problema de los subproductos de dióxido de azufre que causa la fundición más convencional. [25]
El reciclaje directo o mecánico implica descomponer las baterías de iones de litio viejas para extraer componentes y/o materiales importantes y utilizables que se reutilizarán con baterías nuevas. [22] Este proceso implica triturar o triturar baterías viejas y luego extraer los materiales. [22] Esto puede provocar una contaminación cruzada que puede provocar que ciertos materiales o componentes dejen de ser reciclables. [22] Si bien esta forma de reciclaje es una opción, en general sigue siendo más costosa que extraer los minerales mismos. [26] Con la creciente demanda de baterías de iones de litio, la necesidad de un programa de reciclaje más eficiente es perjudicial y muchas empresas compiten por encontrar el método más eficiente. Uno de los problemas más urgentes es que cuando se fabrican las baterías, el reciclaje no se considera una prioridad de diseño. [27] La ventaja de este método de reciclaje es que generalmente implica muy poca contaminación, si es que la hay, del proceso, mientras que los dos métodos anteriores pueden producir sustancias químicas y gases nocivos. [22]
Las baterías de iones de litio tienen muchos usos, ya que son ligeras, recargables y compactas. Se utilizan principalmente en vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos portátiles, pero también se utilizan cada vez más en aplicaciones militares y aeroespaciales . [28]
La principal industria y fuente de baterías de iones de litio son los vehículos eléctricos (EV). Los vehículos eléctricos han experimentado un aumento masivo en las ventas en los últimos años, y más del 90 % de todos los mercados automotrices mundiales cuentan con incentivos para vehículos eléctricos a partir de 2019. [29] Con este aumento en las ventas de vehículos eléctricos y sus ventas continuas, podemos ver un una mejora significativa de los impactos ambientales derivada de la reducción de la dependencia de los combustibles fósiles . [30] Ha habido estudios recientes que exploran diferentes usos de las baterías de iones de litio recicladas específicamente de vehículos eléctricos. Específicamente, se ha demostrado que el uso secundario de baterías de iones de litio recicladas de vehículos eléctricos para uso secundario en la reducción de picos de carga de energía en China es efectivo para las empresas de redes. [31] Con las amenazas ambientales que plantean las baterías de iones de litio gastadas, junto con los riesgos futuros de suministro de componentes de baterías para vehículos eléctricos, se debe considerar la remanufactura de baterías de litio. Basándose en el modelo EverBatt, se realizó una prueba en China que concluyó que la remanufactura de baterías de iones de litio sólo será rentable cuando el precio de compra de las baterías gastadas siga siendo bajo. El reciclaje también tendrá importantes beneficios en cuanto al impacto ambiental. En términos de reducción de gases de efecto invernadero, vemos una reducción del 6,62 % en las emisiones totales de GEI con el uso de remanufactura. [32]