Madhavi Srinivasan estaba delante de una máquina expendedora de zumo de naranja cuando decidió que su equipo de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU), en Singapur, trabajaría solo con cáscaras de naranja para sacar metales de baterías usadas, según relata The Straits Times.
Hasta entonces, los investigadores recogían cada día restos de fruta variados en una cantina del campus, pero la mezcla cambiaba de un lote a otro y con ella la cantidad de metal que podían extraer. A partir de ese momento usaron solo cáscaras de naranja de un mismo puesto de esa cantina.
En el laboratorio, el método recuperó el 91,3 % del cobalto, el 90,1 % del níquel, el 92,2 % del manganeso y el 80,5 % del litio de los residuos de baterías de iones de litio. Después, la NTU lo llevó a una planta piloto de 2000 litros junto a la empresa singapurense de reciclaje Se-cure Waste Management (SWM).
El trabajo lo dirigieron Srinivasan, entonces codirectora del laboratorio SCARCE, la alianza de la NTU y el CEA para investigar en economía circular, y Dalton Tay, de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU. Los resultados se publicaron en julio de 2020.
La masa negra concentra los metales de la batería
Para reciclar una batería de iones de litio, primero se tritura y se separan los plásticos y metales como el cobre y el aluminio. Lo que queda se llama masa negra, un material triturado que reúne los metales de los electrodos, como el cobalto, el litio, el níquel y el manganeso.
La vía industrial habitual funde esos metales a más de 500 °C y emite gases tóxicos, según la nota de prensa que publicó la NTU en 2020. Las alternativas con ácidos suelen necesitar peróxido de hidrógeno, el agua oxigenada, un reactivo que los autores describen en el estudio como «muy explosivo, peligroso e inestable».
«Los procesos industriales actuales de reciclaje de residuos electrónicos consumen mucha energía y emiten contaminantes nocivos y residuos líquidos, lo que apunta a una necesidad urgente de métodos respetuosos con el medio ambiente a medida que crece la cantidad de residuos electrónicos», dijo Srinivasan en aquella nota.
Cáscara de naranja seca y ácido cítrico
El equipo secó las cáscaras en un horno, las molió hasta convertirlas en polvo y las mezcló con ácido cítrico, un ácido orgánico débil que está en los propios cítricos. La cáscara actúa como agente reductor, es decir, una sustancia que cede electrones y ayuda a que los metales se disuelvan.
«La clave está en la celulosa de la cáscara de naranja, que se convierte en azúcares con el calor durante el proceso de extracción. Esos azúcares mejoran la recuperación de metales de los residuos de baterías», explicó Tay. Según el investigador, los antioxidantes naturales de la cáscara, como los flavonoides y los ácidos fenólicos, también podrían haber contribuido.
Las mejores condiciones fueron 200 miligramos de polvo de cáscara, ácido cítrico 1,5 molar, 100 °C y cuatro horas de reacción. Este residuo ya se ha estudiado en otros tipos de acumuladores, como en el trabajo que usó cáscaras de naranja para mejorar baterías de plomo-ácido.
Del 80,5 % del litio al 92,2 % del manganeso
Con esas condiciones, el método extrajo de la masa negra el 91,3 % del cobalto, el 90,1 % del níquel, el 92,2 % del manganeso y el 80,5 % del litio, lo que da una media de alrededor del 88,5 % según un cálculo propio. Los autores escriben que el peróxido de hidrógeno y la cáscara de naranja mostraron una eficacia «comparable», en torno al 90 %.
Los residuos sólidos que dejó el proceso, formados sobre todo por carbono, mostraron una citotoxicidad «insignificante» en tres líneas celulares humanas. La citotoxicidad mide el daño que una sustancia causa a las células vivas.
Esos porcentajes corresponden a la etapa en la que los metales se disuelven, porque después hay que separarlos de la disolución y convertirlos en materiales útiles. Por eso no equivalen al rendimiento de toda la cadena ni a reciclar el 90 % de una batería completa.
Pilas nuevas con el cobalto recuperado
Para cerrar el ciclo, el equipo precipitó el cobalto en forma de hidróxido, con una recuperación media superior al 73 % en cuatro lotes, y lo usó para fabricar óxido de litio y cobalto, un material de cátodo habitual en las baterías de iones de litio. Con él montaron pequeñas pilas de botón.
Esas pilas empezaron con una capacidad de carga de unos 120 mAh/g, parecida a la de las comerciales, y perdieron menos del 20 % de su capacidad en el décimo ciclo de carga y descarga. Según los autores, la tecnología es «viable en la práctica para reciclar baterías de iones de litio usadas en el sentido industrial».
El propio estudio admite que el cobre y el aluminio que quedaron como impurezas pudieron afectar al rendimiento de las pilas, y que hacen falta más trabajos para mejorar la eficiencia de la extracción.
Una planta piloto de 2000 litros en Neythal Road
El 28 de marzo de 2023, la NTU anunció que la planta de Neythal Road funcionaba desde el último trimestre de 2022. Podía procesar hasta 2000 litros de baterías trituradas mezcladas con disolventes obtenidos de cáscaras de fruta, una medida de volumen que no indica cuántas toneladas se reciclan.
La universidad recordaba en el anuncio de la planta piloto que menos del 5 % de las baterías de iones de litio usadas se reciclan en el mundo y que su volumen podría alcanzar los 11 millones de toneladas en 2030.
Sandra Yap, responsable de personas, marketing y relaciones externas de SWM, explicó a la cadena CNA que la colaboración con la NTU empezó ya en 2019. «También nos proponemos ofrecer a los clientes una solución de ciclo cerrado más allá del procesamiento de baterías», añadió.
«La innovación que proponemos ofrece una solución inmediata y escalable para reducir tanto los residuos alimentarios como los electrónicos, dos de los principales flujos de residuos del mundo», dijo Tay, ya como profesor asociado, en declaraciones recogidas por CNA.
Según CNA, los científicos han repetido el resultado en el laboratorio con cáscaras de piña, pera y limón. Tay contó a The Straits Times que esa variedad facilita conseguir fruta desechada, que hoy llega de un proveedor asociado, y no es el único aprovechamiento de estos restos, como muestran las más de 12.000 toneladas de cáscaras de naranja que regeneraron un terreno estéril.
El reciclaje de baterías aún vive de los restos de fábrica
El informe Global EV Outlook 2026 de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) explica que el reciclaje se alimenta sobre todo de los restos que deja la fabricación de celdas. Casi todas las baterías instaladas en los últimos años en vehículos eléctricos y en sistemas de almacenamiento siguen en uso, y la mayoría funcionará hasta mediados de la década de 2030.
La agencia habla de «un desfase estructural de unos 15 años» entre el crecimiento de la demanda y la llegada de esas baterías al final de su vida útil, un calendario que afecta a todo el sector, incluidos proyectos de reciclaje de baterías como el de Valencia, que busca recuperar el 80 % de los metales críticos.
La AIE añade que algunos recicladores tienen dificultades para conseguir material y que el auge de químicas más baratas, como las de litio-ferrofosfato (LFP) que se fabricarán en la planta de baterías de Sagunto prevista para 2027, complica el negocio de quienes viven del valor de los metales recuperados.
Faltan datos públicos sobre costes y uso comercial
En 2023, la NTU y SWM se planteaban comercializar el proceso en 2024 y vender los materiales reciclados a fabricantes de baterías, según The Straits Times. No hemos encontrado información pública posterior que confirme que eso haya ocurrido ni cifras de lo que procesa hoy la planta.
«Hemos recogido datos de que la reducción de costes con nuestra tecnología es del 20 al 40 %», dijo Srinivasan a ese diario en referencia al proceso de extracción, aunque no hemos encontrado esos datos publicados con detalle. Tampoco hay cifras comparables de consumo de energía, agua y residuos de todo el proceso, y las pilas solo se probaron durante diez ciclos, muy lejos de los años de uso de un móvil o un coche.
El estudio completo se ha publicado en Environmental Science & Technology.
Imagen: Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU)
