¿Cómo recuperar metales de baterías usadas? La idea innovadora de un investigador polaco.

Utilizando electromembranas (membranas delgadas especialmente diseñadas que solo permiten el paso de iones específicos), la doctora e ingeniera Anna Siekierka, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Breslavia, recuperará elementos valiosos de baterías y acumuladores usados. Un efecto adicional del proceso será la generación de energía e hidrógeno.

La solución diseñada por el especialista recibió la prestigiosa subvención ERC Starting Grant dotada con 1,5 millones de euros.

Como explicó el Dr. Siekierka a PAP, el mundo se enfrenta a un problema cada vez más grave de residuos perjudiciales para el medio ambiente, como baterías y acumuladores. El auge de los mercados de teléfonos móviles, ordenadores portátiles y coches eléctricos, así como el uso generalizado de instalaciones de almacenamiento de energía que respaldan las fuentes de energía renovables, ha provocado que se desechen enormes cantidades de baterías no deseadas cada año.

"Mi proyecto se centra en tratar estos residuos aparentes como una materia prima muy valiosa. Los sistemas de baterías contienen metales valiosos como litio, cobalto, níquel y manganeso, que pueden recuperarse y reutilizarse, reduciendo así la necesidad de materias primas primarias", explicó el investigador.

Hoy en día, añadió, recuperar estas materias primas no es fácil ni económico. Los métodos tradicionales de reciclaje requieren grandes cantidades de energía y productos químicos, y el proceso puede ser indiscriminado. Los metales suelen recuperarse juntos, lo que dificulta su separación. Además, las tecnologías existentes son perjudiciales para el medio ambiente, ya que generan importantes emisiones de gases de efecto invernadero.

El proyecto del Dr. Siekierka consiste en clasificar las baterías y acumuladores usados ​​en diferentes tipos, según los materiales activos (elementos) que contienen. Posteriormente, se trituran mecánicamente para crear una mezcla de partículas muy finas que contienen metales, electrolitos, plásticos y otros componentes. Finalmente, esta mezcla se convierte en una solución acuosa, transformando los metales en iones (partículas con carga eléctrica).

Las concentraciones de algunos elementos en estas mezclas son bastante significativas, incluso del orden de 30-40 g por litro. A modo de comparación, en agua salada, de la que se extrae el litio, es de 0,15 mg/l. Por lo tanto, recuperar metales de las baterías es mucho más eficiente, sencillo y económico que hacerlo de fuentes naturales. Además, es significativamente mejor para el medio ambiente, señaló el químico.

Un elemento clave de su proyecto será la creación de membranas especiales reutilizables, cada una de las cuales permite el paso de un único tipo de ion, por ejemplo, níquel, cobalto, litio, manganeso, hierro, etc. Estas membranas están dispuestas en capas alternas, con cámaras creadas entre ellas por las que fluyen alternativamente una solución concentrada de una batería usada y otra solución de baja concentración.

Los iones, en su esfuerzo por igualar sus concentraciones, se transportan a través de membranas (iones positivos a través de membranas de intercambio catiónico, iones negativos a través de membranas de intercambio aniónico), cada una permitiendo la entrada únicamente de un elemento seleccionado. Al final del sistema, se pueden recolectar fracciones "segregadas" de los metales apropiados.

Durante mi investigación, también observé que si combino una solución de alta salinidad con una de menor salinidad y la separo con membranas, se crea un potencial eléctrico. En los extremos de la pila, este potencial se puede captar y convertir en energía, y su valor es lo suficientemente alto como para ser útil en la práctica. Este fenómeno se denomina electrodiálisis inversa, explicó el investigador.

El Dr. Siekierka decidió utilizar la energía resultante para impulsar etapas posteriores de separación de metales, así como para la electrólisis del agua, la reacción de división de las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. Esto es particularmente importante porque este último se considera el combustible del futuro y su demanda crece constantemente.

- De esta manera, el sistema proporciona tres beneficios paralelos: recuperación de metales estratégicos para la economía gracias a las membranas, recuperación de energía a partir de la diferencia de salinidad y producción de combustible verde, es decir, hidrógeno - destacó el experto.

La científica también abordó el tema de la concienciación pública sobre la separación y el reciclaje de pilas usadas. «Mucha gente aún no piensa en lo que ocurre con ellas cuando las desechamos. Este tipo de residuos a menudo acaban en la basura mixta, a pesar de que contienen elementos no solo nocivos, sino también muy costosos», recordó.

El proyecto del Dr. Siekierka, "ReHeal4waste - Sistema de electromembrana asistido por recolección de energía de salinidad inversa para el fraccionamiento de iones metálicos y la producción de hidrógeno a partir de residuos de baterías", se llevará a cabo íntegramente en la Facultad de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Breslavia y tendrá una duración de cinco años. Sus hipótesis coinciden con las previsiones de la Agencia Internacional de la Energía, que prevén que la demanda de litio se sextuplicará para 2030, y la de cobalto y níquel, varias veces. Actualmente, estas materias primas son de difícil acceso y solo se extraen en unos pocos lugares del mundo.

Katarzyna Czechowicz (PAP)

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