El impacto ambiental del litio

andy patricio | 23 de mayo de 2023

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La batería de iones de litio fue propuesta por primera vez por investigadores universitarios en Inglaterra y Japón en la década de 1980, pero no estuvo disponible comercialmente hasta que Sony Corporation la introdujo en 1991. Hubo intentos anteriores de baterías recargables, pero eran propiedad de cada inventor. El ion de litio se convirtió en un diseño estándar que ofrecía una mayor densidad de energía, ciclos de vida más largos y un peso más ligero en comparación con las tecnologías de baterías recargables anteriores.

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En los 32 años transcurridos desde que Sony introdujo las baterías de iones de litio, se ha producido una revolución tecnológica. Las baterías de iones de litio han permitido todo, desde teléfonos inteligentes hasta automóviles, y la tecnología continúa avanzando con una mayor densidad, una recarga más rápida y una vida útil más larga.

En la empresa, hay dos áreas principales que se han beneficiado de la revolución de las baterías de iones de litio: los dispositivos móviles, como computadoras portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes, han creado la fuerza de trabajo móvil moderna que ya no está atada a su oficina. La otra revolución ha estado en el centro de datos.

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En el centro de datos, las baterías han permitido la creación de la fuente de alimentación ininterrumpida (UPS): los sistemas UPS brindan energía de respaldo en caso de fallas en la red eléctrica. Por lo general, no están destinados a continuar las operaciones en caso de pérdida de energía, simplemente para permitir que las personas ahorren trabajo y se apaguen correctamente en lugar de que la computadora simplemente se apague.

Sin embargo, como toda tecnología, hay una trampa. En el caso de las baterías de iones de litio, es el impacto ambiental tanto de la extracción del litio como de la eliminación de las baterías de litio muertas. Las baterías de iones de litio solo se pueden descargar y recargar tantas veces antes de que dejen de mantener la carga durante un período de tiempo determinado. En ese momento, deben ser reemplazados.

Existe una preocupación considerable y creciente tanto por parte de la industria privada como de las entidades gubernamentales sobre el impacto ambiental de la producción de baterías de iones de litio y especialmente de la minería, en particular por parte de los países ricos en depósitos de litio que están siendo fuertemente explotados.

"Producir solo una tonelada de carbonato de litio requiere la evaporación de 500.000 galones de salmuera de litio recolectada debajo de las salinas de Argentina, Bolivia y Chile, donde se produce una gran parte del litio", señala Irina Tsukerman, analista geopolítica y presidenta. de Scarab Rising, una empresa de evaluación de riesgos.

También señala que las propias baterías contienen metales como cobalto, níquel y manganeso, que son tóxicos y pueden contaminar los suministros de agua y los ecosistemas alrededor de la mina. Además, los incendios en vertederos o instalaciones de reciclaje de baterías se han atribuido a la eliminación inadecuada de baterías de iones de litio.

Hay muchos beneficios para las baterías de iones de litio, de ahí su popularidad. "Su mayor vida útil en comparación con las baterías tradicionales reduce la frecuencia de reemplazo, lo que contribuye indirectamente a la reducción de desechos. Además, son fundamentales en nuestra transición hacia las energías renovables, ya que almacenan el exceso de energía producida por la energía eólica y solar, lo que garantiza un suministro constante incluso durante períodos de baja producción de energía", dijo Kimberly Kim, geóloga, profesional certificada en seguridad y consultora ambiental.

Los beneficios incluyen:

Alta densidad de energía: Las baterías de iones de litio tienen una mayor densidad de energía en comparación con otras tecnologías de baterías recargables. Esto es especialmente ventajoso en dispositivos más pequeños donde el tamaño y el peso son un problema. Las baterías de iones de litio son conocidas por ser livianas.

Ciclo de vida más largo: Las baterías de iones de litio suelen tener un ciclo de vida más largo que sus competidores. Algunas computadoras portátiles ahora reclaman una duración de la batería de 24 horas.

Baja tasa de autodescarga y recarga más rápida: Las baterías de iones de litio tienen una tasa de autodescarga más baja que otras formas de baterías recargables, lo que significa que descargan energía más lentamente que otras tecnologías de baterías. Por lo tanto, mantiene una carga por más tiempo. También se recargan más rápido que otras tecnologías de batería.

Sin efecto de memoria: Algunas baterías sufren lo que se llama el efecto memoria, donde el ciclo de vida se reduce cuando la batería se recarga repetidamente antes de agotarse por completo. Las baterías de iones de litio no sufren este efecto.

Versatilidad de formas: Las baterías de iones de litio se pueden diseñar en varias formas y tamaños, no solo en la forma cuadrada o rectangular de otras baterías. Esto les permite ser utilizados en una amplia gama de dispositivos.

Menor impacto ambiental : En comparación con otras tecnologías de baterías recargables, las baterías de iones de litio tienen un impacto ambiental menor. No contienen metales pesados ​​tóxicos como plomo o cadmio, aunque tienen algunos químicos tóxicos y son más fáciles de reciclar que sus contrapartes.

El litio puede ser el tercer elemento más común en la tierra, después del hidrógeno y el helio, pero no se extrae fácilmente. Es un proceso complicado que se realiza al bombear agua a las reservas de manera similar al fracking que se usa en la extracción de petróleo. Requiere una cantidad considerable de agua dulce (no se puede usar agua salada) y muchas de las minas se encuentran en áreas que sufren sequía. Deja tras de sí un estofado tóxico de desechos que la naturaleza tarda siglos en eliminar.

El proceso de extracción consiste en bombear agua en el esquisto y extraer un lodo, que debe dejarse expuesto para que se evapore. El proceso puede tomar entre 10 y 24 meses para extraer completamente el litio.

En general, la vida útil de una batería de iones de litio es de 3 a 10 años, según el número de ciclos de recarga. Se estima que para el 2020 se generarán anualmente entre 200 y 500 millones de toneladas de desechos de baterías gastadas. Dado que contienen metales tóxicos como el cobalto, tirarlos al vertedero no es una opción. Además, estas baterías tienen metales valiosos, por lo que también existe un incentivo financiero para reciclarlas.

Steven Athwal, director gerente de The Big Phone Store, una marca de reacondicionamiento de teléfonos móviles del Reino Unido, dijo que el problema real del reciclaje de baterías es cuán barato se puede hacer. "Actualmente, comprar litio reciclado es mucho más costoso que extraerlo directamente del suelo. Eso debe cambiar", dijo. "Al aumentar nuestro reciclaje de baterías actual, esos costos disminuirán. Necesitamos que eso suceda mucho más rápido de lo que es".

"Teniendo en cuenta las preocupaciones ambientales asociadas con la extracción de litio, el proceso de producción intensivo en energía y los desafíos en el reciclaje, existe una clara necesidad de mejoras en las prácticas actuales e innovaciones en la tecnología de baterías para garantizar una verdadera sostenibilidad", dijo Kim.

Reciclaje de baterías: la opción más obvia y fácil. Ninguna batería de iones de litio debería ir nunca a un vertedero. Debe ir a una empresa de reciclaje acreditada, una que esté fuertemente auditada para el cumplimiento ambiental y que no utilice mano de obra infantil como suele ser el caso en algunos países.

Abastecimiento mejorado: El método actual de minería es anticuado, peligroso, contaminante y requiere mucho tiempo. Está maduro para que la innovación y la mejora tengan un menor impacto ambiental al extraer el litio del suelo.

Diseño de batería mejorado: esto es evidente, ya que la I+D en la duración de la batería ha estado ocurriendo desde que se inventó. Pero es necesario continuar con la inversión en la creación de baterías con una vida útil más larga, una mayor densidad de energía y capacidades de carga más rápidas.

Sustitución de materiales: Si bien las baterías de iones de litio son la mejor opción en este momento, siempre pueden surgir alternativas en el mercado. Un diseño alternativo utiliza sodio en lugar de litio, pero se encuentra en las primeras etapas (ver más abajo). Es necesario explorar alternativas más respetuosas con el medio ambiente.

Concientización y educación pública: las empresas tienden a ser más conscientes del medio ambiente que los consumidores sobre el reciclaje de baterías de iones de litio muertas y agotadas. Debe haber más conciencia del consumidor sobre la importancia de reciclar las baterías agotadas y no simplemente tirarlas a la basura.

Hay una serie de tecnologías de batería alternativas disponibles y en el mercado, y algunas incluso tienen ventajas sobre la tecnología de iones de litio. Pero ninguno tiene el paquete completo de características y fortalezas para igualar a los de iones de litio.

Plomo-ácido: Las baterías de plomo-ácido son una de las tecnologías de baterías recargables más antiguas y maduras que se utilizan principalmente en UPS y sistemas de energía de respaldo. Son de bajo costo pero tienen una menor densidad de energía y una vida útil más corta en comparación con las baterías de iones de litio.

Níquel-Cadmio (NiCd): Estos se utilizan principalmente en electrónica portátil y herramientas eléctricas. Ofrecen un buen rendimiento y tienen una vida útil más larga en comparación con las baterías de plomo-ácido, pero contienen cadmio tóxico y tienen una menor densidad de energía en comparación con las baterías de iones de litio.

Hidruro de níquel-metal (NiMH):Populares en aplicaciones como cámaras digitales, vehículos híbridos y dispositivos electrónicos portátiles, las baterías de NiMH tienen una menor densidad de energía y una vida útil más corta que las baterías de iones de litio.

Iones de sodio: Las baterías de iones de sodio son una alternativa a las baterías de iones de litio porque el sodio es más abundante y menos costoso que el litio. Sin embargo, las baterías de iones de sodio son una tecnología emergente que aún está en desarrollo.

Con muchos estados estableciendo el ambicioso objetivo de acabar con los vehículos que funcionan con combustibles fósiles en los próximos años, la energía de la batería será más importante que nunca. Eso significa una producción mucho mayor, y algunas fuentes pueden no ser confiables. Tanto Chile como México han nacionalizado sus vastos depósitos de litio, por lo que el suministro podría cortarse por capricho político.

Quizás el mayor desafío será abordar las condiciones en las que se extrae el litio. Ha habido repetidas denuncias sobre las horribles condiciones en las que a menudo trabajan los niños y se ha recibido con indiferencia. El público que clama por vehículos eléctricos también debería clamar por que sus baterías se produzcan de manera segura y limpia.

Una batería de iones de litio se compone de: un cátodo, que contiene óxido de litio y cobalto, óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto o fosfato de litio y hierro; un ánodo de grafito; electrolitos con sal de litio; una membrana separadora de polietileno o polipropileno microporoso; colectores de corriente hechos de cobre y papel de aluminio; y aglutinantes y aditivos hechos de fluoruro de polivinilideno.

El reciclaje de baterías es un proceso de muchos pasos de clasificación y desmontaje, trituración o trituración de la batería, inmersión en una solución líquida para disolver y extraer los materiales activos, recuperación y purificación de los elementos individuales, eliminación de impurezas y refabricación.

Excluyendo los peligros de la minería ya discutidos, existen numerosos riesgos, todos relacionados con la toxicidad de los productos químicos utilizados en la fabricación de una batería de iones de litio. El proceso de fabricación implica el uso de varios productos químicos y materiales peligrosos que son tóxicos e inflamables. Las baterías contienen electrolitos inflamables y materiales altamente reactivos, lo que las hace propensas a explotar. También son propensos a descargas eléctricas y accidentes ya que están almacenando electricidad.

La huella de carbono exacta es muy difícil de medir debido al hecho de que la producción de baterías de iones de litio involucra muchas variables, una de las cuales es el tamaño de la batería. Pero también hay problemas relacionados con las técnicas de minería, la química específica de la batería, los procesos de producción, las fuentes de energía utilizadas y el ciclo de vida de la batería.

Simplemente tirar una batería vieja y dejarla ir a un vertedero permite una posible contaminación, especialmente cuando la batería está agrietada o dañada y los productos químicos pueden filtrarse. Las baterías enviadas a un vertedero pueden contaminar el suelo, el agua y el aire, lo que representa un riesgo para los ecosistemas y podría ingresar a la cadena alimentaria.

También representan un peligro de incendio y explosión, ya que las baterías de iones de litio han sido propensas a explosiones en el pasado. Las baterías dañadas o en cortocircuito pueden liberar calor y encenderse, provocando un incendio.

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