DESAFIOS NO PROCESSO DE RECICLAGEM DAS BATERIAS DE LÍTIO-ÍON

 

 

Os materiais que compõem as baterias de lítio-íon, incluindo o lítio e vários outros metais, são extremamente valiosos. O custo do lítio bruto é cerca de sete vezes maior do que o custo do mesmo peso de chumbo, por exemplo. É importante destacar que, diferentemente das baterias de lítio, a grande maioria das baterias de chumbo-ácido é reciclada. Por isso, além dos benefícios econômicos, há outras questões em jogo no desenvolvimento de processos mais avançados de reciclagem dessas baterias.

A medida que uma quantidade maior de baterias são fabricadas para atender à crescente demanda por veículos elétricos, a reciclagem dos materiais críticos presentes nas baterias será vital para criar uma indústria circular e sustentável e para gerir os resíduos.

Segundo um estudo da BloombergNEF até 2030 haverá 1.6 milhões de toneladas de packs de baterias no final de vida. Este valor representa aproximadamente 160.000 toneladas dos metais valiosos lítio, cobalto, manganês e níquel. Dessa forma essas baterias em fim de vida deverão ser recicladas de uma forma prática, isso faz totalmente sentido de um ponto de vista econômico bem como do ponto de vida ecológico.

 

 

Diante desse cenário, surge a pergunta: como estamos atualmente no processo de reciclagem de baterias de lítio-íon?

 

Reciclagem das baterias de chumbo ácido x Lítio íon

 

 

Um estudo publicado em janeiro de 2022 pelo Journal of the Indian Institute of Science revelou que menos de 1% das baterias de lítio-íon são recicladas nos Estados Unidos e na União Europeia, em contraste com as baterias de chumbo-ácido, que têm uma taxa de reciclagem de 99%.

Segundo o estudo, os desafios para a reciclagem das baterias de lítio-íon variam desde a tecnologia da bateria em constante evolução até o transporte dispendioso de materiais perigosos e a falta de regulamentações governamentais adequadas.

Emma Nehrenheim, diretora ambiental da Northvolt, afirmou que a indústria esperava que o chumbo fosse eliminado, entretanto, o seu sucesso econômico contínuo se deve às altas taxas de reciclagem.

 

O professor de engenharia mecânica da Tandon School of Engineering da Universidade de Nova York, Nikhil Gupta, principal autor do estudo, explicou que a devolução das baterias de lítio-íon não é tão simples quanto as de chumbo-ácido, já que a tecnologia das baterias de lítio-íon é muito variável e muda rapidamente. As baterias de lítio-íon também estão disponíveis em vários tamanhos diferentes, o que representa um desafio adicional para o processo de reciclagem.

 

Por que há essa grande diferença na reciclagem entre baterias de chumbo e lítio-íon?

Entender a disparidade entre a reciclagem de baterias de chumbo-ácido e lítio-íon se resume a dois fatores principais: tempo e química. As baterias de chumbo-ácido têm mais de um século de vantagem sobre as baterias de lítio-íon. As baterias de chumbo-ácido se beneficiam de um sistema de fabricação e distribuição abrangente e altamente integrado, que a indústria de baterias de lítio-íon ainda não teve tempo de desenvolver. A infraestrutura de chumbo-ácido costuma usar exatamente os mesmos caminhões que entregam as baterias aos varejistas para a viagem de volta ao reciclador.

O tempo também contribui com a rápida rotatividade das baterias automotivas. A bateria média do carro dura cerca de quatro anos, mais ou menos, e como a vida útil média de um carro agora é de cerca de onze anos, cada carro provavelmente terá três ou mais baterias ao longo de sua vida útil. Para veículos elétricos e híbridos, a bateria é projetada para durar praticamente a vida útil do veículo, portanto, salvo acidentes que inutilizem o veículo envolvido, as baterias de lítio-íon simplesmente não entrarão no fluxo de reciclagem quase com a mesma frequência que as baterias de chumbo-ácido.

 

Quanto à química, quanto mais simples for a mistura de materiais em um objeto, mais fácil será o processo de reciclagem. Latas de alumínio, que são apenas alumínio e tinta, são incrivelmente fáceis de recuperar com a adição de um pouco de calor.

As baterias de chumbo-ácido não são tão simples, mas chegam perto: apenas chumbo, óxido de chumbo e ácido sulfúrico em uma caixa de plástico. Cada material na bateria tem um caminho simples do velho para o novo: as placas de chumbo derretem facilmente em baixas temperaturas e podem ser facilmente purificadas, idem para o PVC que normalmente compõe o invólucro da bateria, e o eletrólito de ácido sulfúrico pode ser diluído e descartados como águas residuais, ou os sulfatos podem ser recuperados para a fabricação de novos eletrólitos ou usados ??na produção de outros itens de consumo.

 

As baterias de lítio-íon, por outro lado, têm químicas muito mais complicadas e uma mistura de materiais que não funcionam bem juntos em um processo de reciclagem industrial. Uma bateria de lítio-íon não é apenas lítio, mas também contém compostos de cobalto, manganês, fosfato de ferro ou níquel, sem falar no alumínio, cobre e grafite. Não apenas a mistura de metais é mais complicada, mas sua forma física como pós revestidos em folha de metal torna a recuperação de cada componente muito mais complicada do que apenas jogá-lo em um forno.

O eletrólito em uma bateria de lítio também é muito mais complicado, consistindo de sais de lítio em solventes orgânicos voláteis como carbonato de etileno. Também torna muito mais difícil lidar com os eletrólitos liberados; nenhuma quantidade de simples diluição e neutralização com uma solução básica como bicarbonato de sódio tornará esses compostos seguros o suficiente para serem descartados no ralo, como é o caso da reciclagem de chumbo-ácido. Lidar com isso aumenta o custo da reciclagem e reduz o lucro potencial.

 

 

O processo mecânico de reciclagem também é muito mais fácil para as baterias de chumbo-ácido. Nas usinas de reciclagem mais avançadas, as baterias de carros usadas podem ser literalmente jogadas em um triturador inteiro, que pulveriza as caixas de plástico, libera o eletrólito e tritura as entranhas. A água processada é adicionada para diluir o ácido sulfúrico e remover os pedaços de plástico, que podem ser removidos enquanto as peças de chumbo afundam. Tudo tem seu próprio caminho físico durante o processo, e as mãos humanas nunca precisam tocar nas baterias, o que torna o processo muito econômico e com boa escalabilidade. E mesmo onde o processo não é totalmente automatizado, o número limitado de formas e tamanhos de baterias, juntamente com seu tamanho relativamente grande, facilita a orientação das baterias para desmontagem rápida.

Compare isso com o manuseio de uma bateria de íon-lítio. O fator de forma para isso pode variar de uma bateria de laptop a uma velha bateria de furadeira até as entranhas de um veículo elétrico destruído. Embora a maioria deles seja carregada com células como a 18650, cada uma difere em tamanho e forma, e o número e a orientação das células dentro do pacote variam muito. A maioria das embalagens também possui algum tipo de placa de circuito interno, que requer uma etapa separada para liberar e entrar em um fluxo de reciclagem diferente. Pelo menos por enquanto, isso faz com que a desmontagem dos pacotes de íon-lítio seja trabalho de mãos humanas, o que a torna uma proposta cara e de baixo escalonamento.

 

As diferenças entre o esforço necessário para reciclar baterias de chumbo-ácido e de íon-lítio impulsionam a economia geral do processo. Se você observar o preço do lítio (US$ 17.000 / tonelada) versus chumbo (US$ 2.600 / tonelada), parece que a reciclagem do lítio seria mais lucrativa. Mas se você não consegue tirar o lítio das baterias de forma eficaz, não importa quanto o material ganharia. Para os recicladores, a proposta de valor é fortemente distorcida em favor do chumbo, onde grandes volumes de matéria-prima e métodos fáceis de extração tornam a reciclagem um empreendimento lucrativo. E isso sem falar nos perigos de misturar baterias de lítio no fluxo de reciclagem de chumbo-ácido.

Tudo isso leva ao triste fato de que atualmente 97% das baterias de íon-lítio não são recicladas. Com uma enorme entrada de novas baterias gastas prestes a atingir o fluxo de resíduos à medida que as primeiras gerações de veículos elétricos e híbridos chegam ao fim de suas vidas úteis, esse será um problema com o qual precisaremos lidar em breve. O fato de que tanto o lítio quanto o cobalto são provenientes de regiões politicamente instáveis ??do mundo provavelmente ajudará a distorcer a economia da reciclagem de tal forma que faz mais sentido recuperar os minerais em vez de jogá-los em um estado inutilizável no solo de onde vieram. As coisas provavelmente vão mudar, mas, por enquanto, as baterias de íon-lítio são uma tecnologia sem saída.

 

Conclusão

A reciclagem de baterias é uma questão cada vez mais importante na transição para uma economia mais sustentável e menos dependente de combustíveis fósseis. Duas das tecnologias de bateria mais comuns são as baterias de chumbo-ácido e as baterias de lítio-íon. No entanto, essas duas tecnologias estão em lados opostos quando o assunto é reciclagem.

As baterias de chumbo-ácido são mais antigas e mais simples em termos de composição, pois contêm basicamente chumbo, ácido e plástico. A reciclagem dessas baterias é relativamente fácil e pode ser feita em grande escala. Na reciclagem de baterias de chumbo-ácido, o chumbo é recuperado e pode ser reutilizado para fazer novas baterias ou outros produtos. Além disso, a reciclagem dessas baterias é altamente regulamentada em muitos países, o que aumenta a sua taxa de reciclagem.

 

Em contrapartida, a reciclagem de baterias de lítio-íon é muito mais complexa devido à sua composição altamente heterogênea. As baterias de lítio-íon contêm uma mistura complexa de metais, plásticos e outros materiais que devem ser separados e processados adequadamente para que possam ser reutilizados. Isso requer um processo de reciclagem caro e trabalhoso que muitas empresas e governos ainda não estão preparados para lidar. Além disso, a falta de infraestrutura adequada para a coleta e reciclagem dessas baterias em muitas partes do mundo é outro grande obstáculo.

No entanto, é importante continuar investindo em tecnologias de reciclagem mais eficientes e economicamente viáveis para lidar com a demanda crescente por baterias de lítio-íon em todo o mundo. Somente através da cooperação e do investimento em tecnologias de reciclagem, seremos capazes de alcançar uma economia circular mais sustentável e reduzir a nossa dependência de recursos naturais finitos.