¿Son igual de eficientes los metales obtenidos del reciclaje de baterías que aquellos recién extraídos?

Chris Gannatti, jefe de análisis de WisdomTree, ha elaborado un interesante informe sobre almacenamiento de energía en el que se pregunta de dónde obtendremos todos los metales necesarios para cubrir la demanda de este mercado y analiza las posibilidades de la construcción de baterías con materiales reciclados. En esta entrada recogemos algunas de las consideraciones más importantes que podemos extraer de este informe.

El almacenamiento de energía puede progresar por múltiples vías. Pensemos en tres posibles casos de uso:

• El vehículo eléctrico de alto rendimiento. Aquí, el enfoque principal está en la densidad energética y la autonomía, con la hipótesis de poder cargarlo en un ciclo regular, por ejemplo por la noche, mientras el propietario duerme. La batería puede ser grande y algo pesada, pero estas especificaciones dependerán en gran medida de otros detalles del vehículo concreto. El tamaño y el peso no serían, desde luego, ilimitados.
• Estabilizar el suministro de una red eléctrica alimentada por fuentes intermitentes. El mundo ve el beneficio de las fuentes de energía cero emisiones como la eólica y la solar, pero sabemos que el viento no siempre es constante y el sol tampoco brilla en todo momento. Las baterías extremadamente grandes que pueden almacenar energía de manera efectiva durante días, e incluso semanas, podrían ser útiles en este caso. Además, el tamaño y el peso no serían necesariamente una preocupación aquí, ya que la batería en sí es fija.
• Una batería de diseño personalizado para alimentar un dispositivo pequeño. La eficiencia y el peso podrían ser las principales preocupaciones en el caso de un dispositivo portátil de control de la salud, por ejemplo.

Dado que la gama de casos de uso es tan variada, cabe esperar un amplio abanico de soluciones para el almacenamiento de energía. Y a pesar de que la tecnología de iones de litio ha dominado durante aproximadamente tres décadas, el futuro podría admitir muchas tecnologías diferentes.

¿Pensando en la duración de la batería? Hay que centrarse en el cátodo

Las baterías necesita que los electrones se muevan para proporcionar energía. En uso, los electrones se mueven del ánodo al cátodo y, cuando se cargan, se invierte este movimiento. Es bien sabido que las baterías no se pueden cargar y recargar de forma infinita, y la fuente de problemas con respecto a esto ser el cátodo.

Gran parte de la investigación en el desarrollo de baterías se ha centrado en qué elementos y qué tipos de estructuras funcionan mejor en el cátodo. Si hablamos de la configuración NMC 811, por ejemplo, esto se refiere a Níquel-Manganeso-Cobalto, con 8 unidades de níquel, 1 unidad de manganeso y 1 unidad de cobalto. Esto resuelve ciertas preocupaciones económicas y de abastecimiento, al mismo tiempo que equilibra las necesidades de seguridad y de densidad de energía. Dado que la estructura atómica dentro del cátodo se ve sometida a tensiones por el uso y la reutilización, aquí es donde notamos que la vida útil de la batería y el rendimiento de la carga pueden no coincidir con los que ofrecía cuando era nueva.

¿Son los metales agnósticos a su origen?

El níquel, el manganeso y el cobalto que se usan en las baterías pueden proceder de diversos lugares. Pueden provenir directamente de una mina y no haber sido utilizados en otra batería, pero también podrían provenir de una mezcla de productos reciclados, dado que no siempre es sencillo extraer más de estos materiales.

Pero, ¿hay diferencia? Es decir: ¿se podría notar cualitativamente un rendimiento más bajo si se los metales de una batería son reciclados? Lógicamente, los átomos de los distintos metales deberían ser los mismos independientemente de su origen, pero merece la pena comprobarlo.

Redwood Materials es una empresa dedicada a la producción sostenible de metales para baterías y el abastecimiento de una cantidad cada vez mayor de materiales a partir de contenido reciclado. El Grupo de Investigación de Materiales de los Laboratorios Nacionales de Argonne probó recientemente el rendimiento de los cátodos con alto contenido de níquel, como el NMC-811 que analizamos anteriormente, para ver si podían identificar una diferencia de rendimiento entre los metales recién extraídos y los metales reciclados.

Los resultados de esta prueba indicaron que el rendimiento de los materiales reciclados de Redwood no se diferenciaba del de los metales nuevos cuando se utilizan en la fabricación de baterías. Aunque no se pueda decir que de ahora en adelante esto conducirá inmediatamente a una popularización del reciclaje de baterías, es un paso importante, que añade credibilidad al hecho de que, si el rendimiento y la seguridad son preocupaciones primordiales, se pueden conseguir igual de bien con materiales reciclados.

El reciclaje tiene implicaciones interesantes en la cadena de suministro

Cualquiera que siga la producción global de baterías sabe que China es el actor principal, actualmente responsable de la fabricación de aproximadamente el 78% de los materiales para cátodos. Debemos recordar que los minerales metálicos no solamente salen de la tierra y van a una batería, sino que hay mucho procesamiento entremedias. En la senda actual, esta participación podría aumentar al 90% para 2030, incluso a pesar de los esfuerzos de EE.UU. para invertir y expandir sus propias capacidades internas. China ha construido una ventaja: dado que la cadena de suministro es nacional para su mercado, tienen experiencia centralizada y pueden descomponer las materias primas y la chatarra de manera más rápida y económica y colocarlas en la estructura de cátodo necesaria. China está en camino de llegar a un lugar similar con los minerales para baterías al que tiene Taiwán con los semiconductores.

Redwood Materials es un ejemplo de una empresa estadounidense que está dando pasos bastante interesantes, pasando de simplemente vender materias primas a otros proveedores a avanzar hacia la producción de sus propios materiales para el catódo. La empresa incluso ha anunciado una inversión de 3.500 M$ a lo largo de 10 años en el área de Reno, Nevada, donde planea producir suficiente material para cátodos para 100 GWh de celdas de batería para 2025, aproximadamente igual a lo que hizo CATL, el productor dominante de China, el año pasado.

Si bien la demanda de reciclaje es alta, ya que el mercado está impulsando soluciones sostenibles en muchas industrias en 2022, existen riesgos en esta etapa temprana del desarrollo de la industria. Uno de ellos es si una empresa como Redwood puede aumentar la producción de metales muy puros, ya que la pureza marca la diferencia en el rendimiento de la batería. La estructura de los metales en los cátodos debe ser muy precisa. Luego, está el problema de que muchos vehículos eléctricos son bastante nuevos, por lo que todavía no hay un gran volumen de baterías de coches para reciclar. El reciclaje de baterías se encuentra en un punto interesante y temprano de su desarrollo histórico, y que podría ser un eslabón importante en la cadena de valor del almacenamiento de energía, a medida que la tendencia crezca en el futuro.