La industria automotriz y el gobierno federal de Estados Unidos están desatados en la búsqueda de materiales necesarios para la fabricación de baterías para vehículos eléctricos. Actualmente los recicladores se centran en recuperar metales valiosos como el níquel y el cobalto de las baterías de iones de litio gastadas. Pero algunos están analizando otro mineral de batería, como el grafito -considerado un desperdicio- para incorporarlo en los procesos de reciclaje. Impulsados por la guerra comercial entre Estados Unidos y China.
El gigante asiático implementó nuevos controles de exportación de grafito este 1 de diciembre. El mineral a base de carbono más conocido por su uso en lápices. Pero que también se utiliza en una forma más refinada en los ánodos de baterías comerciales de vehículos eléctricos.
El gobierno chino anunció nuevas políticas que han alarmado a los legisladores estadounidenses. Y han generado preocupación de que los fabricantes de baterías fuera de China enfrentarán nuevos desafíos para asegurar los materiales necesarios para los ánodos. Estas medidas fueron difundidas después de que el gobierno de Biden aumentara las restricciones a las exportaciones de semiconductores avanzados a China.
China domina hoy cada paso de la cadena de suministro de ánodos para baterías, desde la extracción de grafito y la producción de grafito sintético hasta la fabricación de ánodos.
Los controles de exportación de China están elevando el interés de la industria automotriz estadounidense en el grafito de origen nacional. Pero si bien podría llevar muchos años establecer nuevas minas de grafito e instalaciones de producción, existe otra opción potencialmente más rápida: recolectar grafito de baterías agotadas.
Surge el grafito para baterías de vehículos eléctricos
Los recicladores estadounidenses de baterías construyen grandes instalaciones nuevas para recuperar costosos metales de baterías. Mientras tanto, otras empresas están tratando de descubrir cómo reciclar grafito apto para baterías de vehículos eléctricos. Algo que hoy en día no se hace a escala en ningún lugar del mundo debido a barreras técnicas y económicas.
Estas empresas reciben ayuda del Departamento de Energía de Estados Unidos, que ahora está invirtiendo decenas de millones de dólares en iniciativas de reciclaje de grafito destinadas a responder preguntas de investigación básica y lanzar plantas de demostración, reseñó Grist.
Si se pueden superar los desafíos que frenan el reciclaje comercial de grafito, «el flujo de grafito usado podría ser enorme», dijo Matt Keyser, quien dirige el grupo de almacenamiento de energía electroquímica en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía.
Además de aumentar el suministro interno, el reciclaje de grafito evitaría que se desperdicien recursos críticos de las baterías y podría reducir las emisiones de carbono vinculadas a la producción de baterías.
Para entender por qué el grafito es difícil de reciclar, es necesario un poco de ciencia de los materiales. El grafito es una forma mineral de carbono que tiene propiedades tanto metálicas como no metálicas. Incluida una alta conductividad eléctrica y térmica y una inercia química. Estas cualidades lo hacen útil para una variedad de aplicaciones industriales y energéticas, entre ellos el almacenamiento de energía dentro de baterías de iones de litio.
Mientras se carga una batería de iones de litio, los iones de litio fluyen desde el cátodo metálico hacia el ánodo de grafito, incrustándose entre capas cristalinas de átomos de carbono. Esos iones se liberan cuando la batería está en uso y generan una corriente eléctrica.
Diversas tecnologías y usos
El grafito se puede encontrar en la naturaleza en forma de escamas o masas cristalinas, que se extraen y luego se procesan para producir las pequeñas partículas esféricas necesarias para la fabricación de ánodos. El grafito también se produce sintéticamente calentando subproductos de la producción de carbón o petróleo a temperaturas superiores a 2.500 grados Celsius. Un proceso que consume mucha energía (y a menudo emisiones) y que desencadena la “grafitización” de los átomos de carbono.
Relativamente barato de extraer o fabricar, el grafito tiene un valor menor que muchos de los metales dentro de los cátodos de las baterías para vehículos eléctricos. Estos pueden incluir litio, níquel, cobalto y manganeso. Debido a esto, los recicladores de baterías tradicionalmente no se han interesado mucho en ello. En cambio, muchos recicladores de baterías provienen del negocio de refinación de metales y se han centrado en lo que ya sabían hacer: extraer y purificar esos metales catódicos, a menudo en su forma elemental.
El grafito representa hasta el 30% de la batería de un vehículo eléctrico en peso. Pero se trata como un subproducto y los recicladores lo queman para obtener energía o lo separan para desecharlo en vertederos.
«Hasta hace poco, la gente que hablaba de reciclaje de baterías realmente buscaba esos elementos metálicos porque tenían un alto valor. Y porque ese proceso de reciclaje puede superponerse bastante con el procesamiento de metales convencional», dijo Ryan Melsert, director ejecutivo de materiales American Battery Technology Company.
Para que valga la pena reciclar grafito, los recicladores deben obtener un producto de alto rendimiento apto para baterías de vehículos eléctricos. Para hacerlo, necesitan métodos que separen el grafito de todo lo demás, eliminen cualquier contaminante como metales y pegamentos. Y restablezcan la estructura geométrica original del material.
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