¿Cuánto dura la batería de un coche eléctrico? Qué ocurre en la eliminación y el reciclaje?

Publicado en 2020, 9 de marzo

¿Cuál es la vida útil de una batería de coche eléctrico? Cuánto dura la batería de un coche eléctrico? Qué ocurre con una batería de iones de litio al final de su ciclo de vida? ¿Cómo se elimina? ¿O se recicla?

El transporte tiene un impacto muy significativo (14% según el IPCC) en la cantidad total de emisiones de gases de efecto invernadero que los humanos liberan a la atmósfera. Cada vez se estudian y discuten más los efectos negativos del creciente índice de contaminación atmosférica, especialmente en las zonas urbanas. Y hay una necesidad urgente de alcanzar, a escala global, las emisiones netas cero para el año 2050 para mantener la temperatura global por debajo de los 2ºC.

Los vehículos eléctricos son una solución muy importante para los retos anteriores. Desde que se comprobó que la movilidad eléctrica es una solución más verde y ecológica que los vehículos térmicos, su demanda ha ido en aumento.

Según el escenario EV30@30 de la Agencia Internacional de la Energía, las ventas de vehículos eléctricos (VE) podrían alcanzar los 43 millones y un número de existencias superior a los 250 millones. Pero recordemos el lado a menudo ignorado de los llamados vehículos de cero emisiones: sus baterías.

El impacto de las baterías de los coches eléctricos: ¿Son malas para el medio ambiente?

Una de las principales críticas que se hacen a los coches eléctricos y a los vehículos eléctricos en general tiene que ver con sus baterías. Estas baterías de iones de litio (LIB) son muy parecidas a una versión a escala de la batería de un smartphone. Sólo que los vehículos eléctricos no utilizan una sola batería como un teléfono. En su lugar, utilizan un paquete compuesto por miles de celdas individuales de iones de litio que trabajan juntas. Ya sea a pequeña o gran escala, estas baterías tienen un importante impacto medioambiental y social a lo largo de su ciclo de vida.

Lo primero: la extracción de minerales de tierras raras para las baterías de los coches eléctricos. Por ejemplo, si consideramos los dos principales modos de producción primaria, «se necesitan 250 toneladas del mineral espodumeno cuando se extrae, o 750 toneladas de salmuera rica en minerales para producir una tonelada de litio». Así de simple.

De hecho, según la misma fuente (Harper et. al. 2019), la demanda de agua para procesar el litio producido de esta manera es muy alta: una tonelada de litio requiere 1.900 toneladas de agua para su extracción, que se consume por evaporación. Siguiendo con este tema, los agricultores chilenos a menudo necesitan importar agua de otras regiones -ya que Chile tiene activas zonas de explotación minera intensiva-. A pesar de sus elevados costes medioambientales, las reservas de litio, desde el punto de vista del tamaño, no son una amenaza. Pero las reservas de cobalto sí pueden serlo.

Las reservas de cobalto, cuya demanda para la producción de baterías podría consumir cerca del 14% de las reservas actuales de cobalto para el año 2050, están muy concentradas en la República Democrática del Congo, una región política a menudo inestable. Por tanto, si una de las ventajas de los vehículos eléctricos es que reducen la dependencia de las importaciones de petróleo extranjero, las fluctuaciones del precio del cobalto también pueden suponer un reto. Además, también pueden plantearse cuestiones éticas relacionadas con las minas artesanales que emplean mano de obra infantil.

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¿Cuánto duran las baterías de los coches eléctricos? ¿Se reciclan?

Los impactos anteriores ayudan a explicar por qué la etiqueta de cero emisiones se considera a menudo injusta y puede ser engañosa. Porque aunque los vehículos eléctricos no liberen ninguna emisión en la carretera, las baterías que llevan dentro tienen su parte de impacto. Además, los coches propulsados por redes eléctricas que funcionan mayoritariamente con combustibles fósiles pueden no emitir en marcha, pero las emisiones siguen produciéndose en alguna central eléctrica lejana.

Al margen de los nombres, se calcula que las baterías de iones de litio tienen una vida útil de entre 15 y 20 años. Decenas de cientos de ciclos de carga y descarga después, ¿qué pasa cuando una batería está demasiado gastada para conducir? ¿Qué pasará con las 250.000 toneladas de residuos que generará el millón de vehículos eléctricos vendidos en 2017? se preguntan los investigadores de la Universidad de Birmingham, y ahora también el lector.

Gaines, investigador del Laboratorio Nacional de Argonne, sugiere que la mayoría de las baterías se envíen a vertederos o se apilen y almacenen, soluciones ambas muy criticables. Mientras que la primera puede contaminar el suelo y las aguas subterráneas circundantes, la segunda es criticada porque se han producido incendios en los lugares de almacenamiento de residuos debido a las baterías de iones de litio (enviadas como baterías de plomo). Sin embargo, se están encontrando nuevas e interesantes salidas para las baterías de los coches eléctricos.

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El ciclo de vida deseado de una batería de coche eléctrico

Los investigadores de la Universidad de Birmingham afirman que el impacto neto de la fabricación de baterías de iones de litio «puede reducirse considerablemente si se pueden recuperar más materiales de las LIB al final de su vida útil, en una forma lo más parecida posible.» En el mismo estudio, también hablan de una jerarquía de gestión de residuos y de una serie de opciones de reciclaje.

Según este modelo, las baterías deben diseñarse primero de forma que utilicen el menor número posible de materiales críticos. A continuación, deberían reutilizarse, lo que significa que las baterías de los vehículos eléctricos deberían tener un segundo uso antes de ser recicladas, en el que los materiales deberían recuperarse en la medida de lo posible y el valor estructural y la calidad de una batería deberían preservarse.

En la fase de «recuperación» que sigue, algunos materiales de la batería deberían utilizarse como energía para procesos como el combustible para la pirometalurgia. El último paso es deshacerse de lo que no tiene valor y enviarlo a los vertederos. Esto significa que cuando la batería de un vehículo eléctrico sólo es capaz de almacenar energía en un 70-80% con respecto a sus niveles iniciales, el reciclaje no es el paso que debe seguir: la reutilización es lo primero. Pero, ¿dónde se pueden reutilizar las baterías? ¿Y cómo?

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¿Dónde pueden reutilizarse las baterías de los coches eléctricos antes de ser recicladas?

Como el mercado de baterías usadas de vehículos eléctricos para el almacenamiento de energía está creciendo, la demanda podría superar la oferta. Sin embargo, se trata de un crecimiento lento y, hasta cierto punto, incierto. Y las razones son a la vez sencillas y complejas.

La reutilización de las baterías para destinarlas a un fin distinto, como estaciones de carga o almacenamiento de energía estacionario (ya sea en fábricas, edificios residenciales, hospitales…) es la salida lógica para una batería que deja atrás un vehículo eléctrico. Sólo que no es tan sencillo como llevar una batería de un lado a otro.

Antes de enviar las baterías para que sean reutilizadas, los packs, módulos y celdas deben ser evaluados en aspectos como el tiempo que aún pueden mantener la carga y el nivel de carga que tienen en ese momento. Mientras que lo primero es especialmente importante para determinar si merece la pena enviar una batería para su reutilización (y para qué aplicaciones), la evaluación de la cantidad de energía almacenada es importante por cuestiones de seguridad (o incluso económicas) en los procesos de reciclaje. En cualquiera de los dos casos (reutilización o reciclaje), el camino que sigue es bastante difícil.

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Desmantelamiento de pilas: Un proceso manual, peligroso y costoso

Sea cual sea el siguiente paso de una batería, después de evaluar sus propiedades de carga hay que desmontarla a mano, y aquí es donde las cosas se ponen difíciles. Debido al gran peso de una batería y a los altos voltajes de tracción, se necesitan herramientas de aislamiento especializadas, junto con mecánicos cualificados (de los que parece haber escasez) para manejarlas.

Además, algunos estudios señalan que en países con altos costes de mano de obra, los ingresos de los materiales extraídos pueden no merecer la pena económicamente. Por todo ello, las técnicas de desmontaje automatizado pasan a formar parte del debate como una posible solución.

La automatización eliminaría el factor de peligro de la ecuación y como su desarrollo disminuiría con el tiempo su coste. Los robots también ayudarían a mejorar la «separación mecánica de materiales y componentes, mejorando la pureza de los materiales segregados y haciendo más eficientes los procesos de separación y reciclaje posteriores -según Harper et. al.

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Desmantelar las baterías de los vehículos eléctricos es demasiado complejo para los robots

Las baterías de los vehículos eléctricos son difíciles de descifrar para los robots. Esto sucede porque la automatización y la robótica se basan en tareas repetitivas y las baterías eléctricas traen consigo requisitos desafiantes como la diversidad de diseños.

Hay diferentes diseños de baterías eléctricas de iones de litio que no permiten un proceso de automatización estandarizado. Se están desarrollando algoritmos de visión por ordenador para reconocer y diferenciar diferentes baterías, componentes y materiales para su uso. Sin embargo, para que sus tareas se cumplan (más fácilmente) con éxito, los fabricantes necesitan imprimir características legibles por máquinas, como códigos QR o etiquetas u otros, en los elementos clave de las baterías.

Además, el desmontaje de las baterías implica, por ejemplo, desenroscar o tratar con métodos de unión y fijaciones que requieren un fuerte trabajo por parte de los robots con componentes sensibles de las baterías. Esto da lugar a complicados problemas de dinámica y control, como el control simultáneo de la fuerza y el movimiento. Es un trabajo complejo, pero que probablemente se pueda realizar en el futuro.

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El último reto en el desmantelamiento de baterías de vehículos eléctricos: El reciclaje

El reciclaje, y no los vertederos, debería ser el destino final de todas las baterías de iones de litio, aunque antes de que lleguen a utilizarse para otros fines distintos al almacenamiento de energía de los vehículos eléctricos. Evita la contaminación nociva en los vertederos y la posibilidad de explosiones en las baterías apiladas. También puede aportar importantes beneficios económicos gracias al valor de los minerales recuperados y evitar las constantes extracciones de minerales, lo que supone una menor presión en las cadenas de suministro.

Una vez que las baterías llegan a las instalaciones de reciclaje, se descargan y se clasifican los materiales que las componen. De este modo, materiales como el níquel, el cobalto, el manganeso o el cobre se clasifican mediante procesos de calentamiento y trituración, seguidos de otros como el ferromagnetismo o la hidrofobicidad.

Si las baterías permanecen con una carga significativamente peligrosa, o bien se trituran en un gas inerte como el nitrógeno o el dióxido de carbono, o bien se descargan a través de soluciones salinas; ambas son formas de evitar las reacciones químicas con diferentes pros y contras.

El futuro de los vehículos eléctricos y las baterías de iones de litio

Como hemos visto, hay muchas limitaciones que crean una brecha entre cómo deberían tratarse las baterías idealmente y lo que efectivamente ocurre con ellas. Mantenerlas alejadas de los vertederos seguirá siendo crucial para asegurar el suministro de materiales críticos como el cobalto o el litio, pero su desmantelamiento sigue siendo un trabajo peligroso y costoso que se realiza a mano.

Sin embargo, estos retos pueden superarse a medida que se desarrollen mejores tecnologías de clasificación, junto con el desmontaje automatizado y la segregación inteligente de las diferentes baterías a diferentes flujos (remanufactura, reutilización o reciclaje). No obstante, la optimización de los diseños de las baterías para su reutilización y/o reciclaje también facilitaría el desmontaje automatizado de las mismas.

El estudio de Birmingham también considera importante abordar el reto de diseñar nuevos procesos de estabilización que permitan abrir y separar las baterías al final de su vida útil, así como desarrollar técnicas o procesos que garanticen que los componentes no se contaminen durante el reciclaje. Lo más probable es que, a medida que crezca la movilidad eléctrica, también lo hagan las investigaciones y los experimentos sobre cómo superar estos y otros retos inherentes a mantener las baterías de los vehículos eléctricos en un circuito circular y lejos de los vertederos.