Baterías para autos eléctricos y móviles, explotación de personas y del ambiente
Muchos gigantes de la industria automotriz anunciaron que sus objetivos son dejar de vender modelos de autos a nafta o diésel. Esta conversión industrial masiva marca un “cambio de un sistema energético intensivo en combustible a uno intensivo en materiales”, declaró la Agencia Internacional de Energía (AIE) 1 .
Aparentemente en las próximas décadas, cientos de millones de vehículos saldrán a las carreteras, transportando enormes baterías que contendrán decenas de kilogramos de materiales que aún no se han extraído.
Anticipándose a esta tendencia de demanda de vehículos eléctricos, los científicos de materiales están trabajando en dos grandes desafíos.
Una es cómo reducir los metales en las baterías que son escasos, costosos o problemáticas porque su extracción conlleva severos costos ambientales y sociales.
Otra es mejorar el reciclaje de baterías, de modo que los metales valiosos de las baterías de automóviles gastadas puedan reutilizarse de manera eficiente.
Los fabricantes de baterías y automóviles ya están gastando miles de millones de dólares en reducir los costos de fabricación y reciclaje de baterías de vehículos eléctricos (EV), impulsados en parte por los incentivos gubernamentales y la expectativa de las próximas regulaciones.
Debido a que, en la mayoría de los casos, sigue siendo menos costoso extraer metales que reciclarlos, un objetivo clave es desarrollar procesos para recuperar metales valiosos a un precio lo suficientemente económico como para competir con los recién extraídos.
“Lo que más habla es el dinero”, dice Jeffrey Spangenberger, ingeniero químico del Laboratorio Nacional de Argonne en Lemont, Illinois, que administra una iniciativa de reciclaje de baterías de iones de litio financiada con fondos federales de EE. UU., llamada ReCell.
Futuro del litio
El primer desafío para los investigadores es reducir la cantidad de metales que deben extraerse para las baterías. Las cantidades varían según el tipo de batería y el modelo del vehículo, pero una sola batería de iones de litio para automóvil (del tipo conocido como NMC532) podría contener alrededor.
- de 8 kg de litio,
– 35 kg de níquel,
– 20 kg de manganeso y
– 14 kg de cobalto, según cifras del Laboratorio Nacional de Argonne.
Los analistas no anticipan un alejamiento de las baterías de iones de litio en el corto plazo.
Para producir electricidad, las baterías de iones de litio transportan iones de litio internamente de una capa llamada ánodo a otra, el cátodo, las dos están separadas por otra capa, el electrolito. Los cátodos son el principal factor limitante en el rendimiento de la batería, y es donde se encuentran los metales más valiosos.
El cátodo de una celda de batería de iones de litio típica, es una capa delgada de sustancia viscosa que contiene cristales de microescala, que a menudo tienen una estructura similar a los minerales que se encuentran naturalmente en la corteza de la Tierra. Los cristales combinan oxígeno cargado negativamente con litio cargado positivamente y varios otros metales; en la mayoría de los autos eléctricos, una mezcla de níquel, manganeso y cobalto. Recargar una batería arranca los iones de litio de estos cristales de óxido y los lleva a un ánodo basado en grafito donde se almacenan, intercalados entre capas de átomos de carbono.
El litio en sí no es escaso. Un informe de junio de BNEF 2 estimó que las reservas actuales del metal (21 millones de toneladas, según el Servicio Geológico de EE. UU.) son suficientes para llevar la conversión a vehículos eléctricos hasta mediados de siglo.
A medida que los automóviles se electrifican, el desafío radica en aumentar la producción de litio para satisfacer la demanda, dice Ampofo. “Va a crecer unas siete veces entre 2020 y 2030”.
El aumento de la extracción de litio conlleva sus propias preocupaciones ambientales: las formas actuales de extracción requieren grandes cantidades de energía (para el litio extraído de la roca) o agua (para la extracción de salmueras).
Los salares con las mayores concentraciones de litio se encuentran en Bolivia, Argentina y Chile, en una zona denominada “el triángulo del litio”. El litio obtenido de los salares se recupera luego en forma de carbonato de litio.
La explotación ha producido numerosos efectos adversos a las personas y al medio ambiente
Los temas mas cruciales son:
1. Explotación de menores para la extracción de cobalto
2. Agotamiento y contaminación del agua
3. Contaminación del aire
4. Degradación de la tierra
5. Contaminación acústica
6. Impacto en la Biodiversidad
7. Eliminación de residuos
¿Es sostenible la minería de litio? ¿Se puede hacer minería de litio de manera ecológica?
1. Explotación de menores para la extracción de cobalto
Los fabricantes están más preocupados por el cobalto, que es el ingrediente más valioso de las baterías EV actuales. Dos tercios del suministro mundial se extraen en la República Democrática del Congo. Se ha publicado lo suficiente sobre cómo la ‘esclavitud moderna’ en el Congo impulsa la economía de las baterías recargables, en particular por el trabajo infantil y los daños a la salud de los trabajadores; Al igual que otros metales pesados, el cobalto es tóxico si no se manipula adecuadamente. Y el níquel, otro componente importante de las baterías de vehículos eléctricos, también podría sufrir escasez.
Siddharth Kara miembro de la Escuela de Salud Pública TH Chan de Harvard y de la Escuela Kennedy, ha estado investigando la esclavitud moderna, la trata de personas y el trabajo infantil durante dos décadas. Él dice que aunque la República Democrática del Congo tiene más reservas de cobalto que el resto del planeta combinado, no existe una cadena de suministro «limpia» de cobalto del país. En su nuevo libro, Cobalt Red, Kara escribe que gran parte del cobalto de la República Democrática del Congo está siendo extraído por los llamados mineros «artesanales», trabajadores independientes que realizan trabajos extremadamente peligrosos por el equivalente a unos pocos dólares al día. «Tienes que imaginarte caminando por algunas de estas áreas mineras y retrocediendo siglos en nuestro reloj», dice Kara. «La gente está trabajando en condiciones infrahumanas, trituradoras y degradantes. Usan picos, palas, tramos de barras de refuerzo para cortar y escarbar en la tierra en trincheras, pozos y túneles para recolectar cobalto y alimentarlo en la cadena de suministro formal».
«No deberíamos hacer la transición al uso de vehículos eléctricos a costa de las personas y el medio ambiente de uno de los rincones más oprimidos y empobrecidos del mundo», dice. «La parte inferior de la cadena de suministro, de donde proviene casi todo el cobalto del mundo, es un espectáculo de terror».
Según un estudio reciente en The Lancet, las mujeres en el sur del Congo “tenían concentraciones de metales que se encuentran entre las más altas jamás reportadas para mujeres embarazadas”. El estudio también encontró un fuerte vínculo entre los padres que trabajaron con productos químicos en la minería y las anomalías fetales en sus hijos, y señaló que “la exposición paterna a la minería ocupacional fue el factor más fuertemente asociado con los defectos de nacimiento”.
Hay millones de personas que apenas reciben uno o dos dólares al día que son terriblemente pobres y aceptarán casi cualquier arreglo laboral solo para sobrevivir. Trabajan en un pozo estrecho, llenos con otras 10.000 personas y les pagas un par de dólares, y producirán miles de toneladas de cobalto por año casi sin salario. Y eso no es legal, pero está sucediendo.
Cientos de miles de personas han sido desplazadas porque sus aldeas fueron demolidas para dar lugar a grandes concesiones mineras. Así que la gente no tiene alternativa, sin otra fuente de ingresos, sin medios de subsistencia. En muchos casos las fuerzas armadas presionan a la gente para cavar, los padres tienen que tomar una dolorosa decisión, ‘¿Envío a mi hijo a la escuela o comemos hoy?’
Probablemente hay entre 10.000 y 15.000 túneles excavados a mano por mineros artesanales. Ninguno de ellos tiene soportes, pozos de ventilación, equipo, nada de eso. Y estos túneles colapsan todo el tiempo, enterrando vivos a todos los que están ahí abajo, incluidos los niños. Es una desaparición que es casi imposiblemente horrible de imaginar. Y, sin embargo, conocí a madres que se golpeaban el pecho de dolor, hablando de sus hijos que habían sido enterrados vivos en el derrumbe de un túnel. Y estas historias nunca salen del Congo. La gente simplemente no sabe lo que está pasando ahí abajo.
China acaparó el mercado mundial del cobalto antes de que nadie supiera lo que estaba pasando. Se remonta al año 2009 bajo el anterior presidente en el Congo, Joseph Kabila . Firmó un acuerdo con el gobierno chino para acceder a concesiones mineras a cambio de asistencia para el desarrollo. Antes de que nadie supiera lo que sucedió, las empresas chinas se habían apoderado de 15 de las 19 concesiones mineras industriales primarias de cobre y cobalto allí. Por eso dominan la excavación minera sobre el terreno. Y no solo eso, dominan la cadena hasta el nivel de la batería. Tienen alrededor del 70, 80% del mercado de cobalto refinado y probablemente la mitad del mercado de baterías.
Unas 20.000 personas trabajan en la mina artesanal Shabara en la RDC, en turnos de 5.000 a la vez. La República Democrática del Congo produjo aproximadamente el 74% del cobalto del mundo en 2021.
Efectos sobre el Ambiente
El litio, como elemento, no aparece naturalmente en su forma metálica. En cambio, se encuentra en salmuera y rocas, que deben procesarse para convertirlo en un metal.
Esto significa que el proceso de extracción de litio metálico tiene que ocurrir en dos etapas:
– Fuentes de extracción del elemento litio.
– Procesamiento de los extractos para crear la forma de metal.
En ambos casos, hay muchas consecuencias indeseables:
2. Agotamiento y contaminación del agua
La minería de litio puede agotar y contaminar las fuentes de agua locales.
En este estudio, el proceso de extracción para eliminar el litio de la salmuera requiere grandes cantidades de agua, y la salmuera sobrante suele ser muy salina. Puede contener metales pesados y otros contaminantes.
Estos pueden filtrarse en las fuentes de agua subterránea y superficial circundantes, haciéndolos inseguros para el consumo humano y animal.
Además, las lagunas de evaporación utilizadas para extraer litio de la salmuera pueden causar escasez de agua y daños ambientales si no se gestionan adecuadamente. Durante el procesamiento, vemos que pequeñas cantidades de litio pueden causar daños físicos a la zona, lo que lleva a la erosión y la pérdida de biodiversidad.
La empresa minera de litio SQM está jugando un papel directo en el daño ambiental local en las salinas de Atacama en Chile, ya que sus actividades reducen los niveles de agua en una región ya seca, con efectos severos en las comunidades locales, lagunas protegidas y áreas de lodos aluviales.
E&T, en colaboración con la firma de análisis satelital SpaceKnow, ha podido producir más evidencia cuantitativa de la minería de salmuera de litio entre 2015 y 2019 por parte de SQM tuvieron un alto costo ambiental en un ecosistema de agua frágil dentro de las salinas de Atacama. Haga click sobre la foto para ver como evolucionó desde el 2015.
3. Contaminación del aire
Por ejemplo, un informe de Friends of the Earth sugiere que el proceso de extracción de litio puede causar contaminación del aire. Esto no es un resultado directo del mineral en sí. Más bien, extraer litio de yacimientos de roca dura y salmuera requiere mucha energía.
La fuente de esta energía, según los investigadores del MIT , depende en gran medida de los combustibles fósiles.
Y como resultado, vemos que por cada tonelada de litio extraída, se liberan al aire 15 toneladas de CO2.
4. Degradación de la tierra
La degradación de la tierra puede adoptar muchas formas, incluida la erosión del suelo, la desertificación, la pérdida de fertilidad y la disminución de la calidad del agua.
En un examen científico , se demostró que la minería de litio causa un deterioro del suelo y un grave aumento de las condiciones de sequía en las áreas naturales que rodean el sitio de extracción.
5. Contaminación acústica
La maquinaria pesada utilizada en la minería puede generar ruido excesivo, problemas de salud y problemas dentro de las comunidades locales. Los científicos han descubierto que el ruido excesivo, como el causado por la extracción de litio, puede causar:
– Cambios en las interacciones depredador-presa: lo que lleva a cambios en la cadena alimentaria
– Interferir con la comunicación de las especies.
– Disminución en el apareamiento, la supervivencia y el crecimiento.
Los estudios sísmicos, que se utilizan para investigar posibles sitios mineros, en realidad pueden dañar la vida marina y los patrones de comportamiento.
6. Impacto en la Biodiversidad
Como mencionamos, la minería puede tener un impacto negativo en las plantas y animales locales debido a la pérdida de hábitat y al aumento de la contaminación. Estudios señalan que las operaciones mineras a menudo están en desacuerdo con los objetivos de conservación; en particular, las desviaciones y la escasez de agua pueden:
– Alterar las cadenas alimenticias
– Causa disminución de la población
– Comprometer la ecología única del paisaje.
Esto se debe a que los sitios de actividades mineras de litio generalmente se centran en fuentes costeras y de aguas subterráneas vulnerables, como los acuíferos, que tardan miles de años en reponerse.
Si se drena un acuífero , puede bajar los niveles del lago e incluso agotar las fuentes de agua por completo, lo que significa que las plantas, los animales la vida acuática se ven perjudicados en el proceso ademas de las personas en asentamientos urbanos de la zona.
7. Eliminación de residuos
La minería puede producir grandes cantidades de desechos, que pueden ser difíciles de eliminar de manera segura. En particular, el producto final de la minería de litio, que son predominantemente baterías, termina en vertederos o vertederos ilegales.
Aunque las baterías de litio son reciclables, las investigaciones muestran que las tasas de recolección son muy bajas. Probablemente debido a que el material es altamente reactivo e inflamable, hay frecuentes incidentes de incendios. Estos incendios provocan la liberación de gases tóxicos, que se filtran en el aire, el agua y el suelo.
¿Es sostenible la minería de litio?
Tal como está, la minería de litio no puede considerarse sostenible. El propósito principal de la minería de litio es la producción de baterías. De hecho, las estadísticas muestran que el 74% del uso global se destina a esta aplicación.
Los científicos respaldan que su uso tiene muchos beneficios ambientales a largo plazo; por ejemplo, las baterías de litio desempeñan un papel en la facilitación de vehículos eléctricos, dispositivos recargables y almacenamiento de energía. El problema es que los sistemas actuales que tenemos complican este objetivo.
Dicho esto, la minería de litio puede ser sostenible si se implementan las normas y prácticas adecuadas para minimizar el impacto ambiental y garantizar el uso responsable de los recursos.
Esto incluye minimizar el uso de agua y reducir la perturbación de los hábitats naturales. Además, reciclar el litio de las baterías usadas puede ayudar a reducir la necesidad de una nueva minería. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la sostenibilidad de la minería de litio puede variar según las operaciones mineras y la ubicación específicas.
¿Se puede hacer minería de litio de manera ecológica?
En la actualidad, la investigación sugiere que existen varias barreras para la minería de litio ecológica:
– La baja tasa de reciclaje
– La alta tasa de importación de productos, creando una alta huella de carbono
– Falta de tecnología para una mejor remediación en los sitios de extracción y procesamiento.
Si tuviéramos que superar estos problemas con mejores sistemas y mejores cadenas de reciclaje, la minería de litio podría ser mucho más ecológica.
Reciclar mejor
Si las baterías se van a fabricar sin cobalto, los investigadores se enfrentarán a una consecuencia no deseada.
El metal es el principal factor que hace que el reciclaje de baterías sea económico, porque otros materiales, especialmente el litio, son actualmente más baratos de extraer que de reciclar.
En una planta de reciclaje típica, primero se trituran las baterías, lo que convierte las celdas en una mezcla en polvo de todos los materiales utilizados. Luego, esa mezcla se descompone en sus componentes elementales, ya sea licuándola en una fundición (pirometalurgia) o disolviéndola en ácido (hidrometalurgia). Finalmente, los metales se precipitan de la solución como sales.
Los esfuerzos de investigación se han centrado en mejorar el proceso para hacer que el litio reciclado sea económicamente atractivo. La gran mayoría de las baterías de iones de litio se fabrican en China, Japón y Corea del Sur.
La Comisión Europea ha propuesto requisitos estrictos de reciclaje de baterías que podrían implementarse gradualmente a partir de 2023, aunque las perspectivas de que el bloque desarrolle una industria de reciclaje nacional son inciertas.
El científico de materiales Andrew Abbott de la Universidad de Leicester, Reino Unido, argumenta que el reciclaje será mucho más rentable si se salta la etapa de trituración y se separan las células directamente. Él y sus colaboradores han desarrollado una técnica para separar los materiales del cátodo mediante ultrasonidos.
Los informes de los medios tienden a describir el diluvio que se avecina de baterías gastadas como una crisis inminente.
Los analistas dicen que el ejemplo de las baterías de plomo-ácido, las que encienden los automóviles que funcionan con gasolina, da motivos para el optimismo. Debido a que el plomo es tóxico, esas baterías se clasifican como desechos peligrosos y deben eliminarse de manera segura. Pero se ha desarrollado una industria eficiente para reciclarlos, a pesar de que el plomo es barato. Más del 98 % de las baterías de plomo-ácido se recuperan y reciclan . El valor de una batería de plomo-ácido es incluso menor que el de una batería de iones de litio.
