Los científicos utilizan la cáscara de fruta para convertir las pilas viejas en nuevas
Usar la cáscara de naranja para recuperar eficientemente los metales preciosos de los desechos de las pilas
NTU Singapore
El equipo demostró su concepto utilizando la cáscara de naranja, que recuperó los metales preciosos de los residuos de las pilas de manera eficiente. Luego hicieron pilas funcionales a partir de estos metales recuperados, creando un mínimo de residuos no tóxicos en el proceso.
Científicos dirigidos por la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) han desarrollado un método novedoso de utilizar los desechos de la cáscara de fruta para extraer y reutilizar los metales preciosos de las baterías de iones de litio usadas a fin de crear nuevas baterías.
El equipo demostró su concepto utilizando la cáscara de naranja, que recuperó los metales preciosos de los residuos de las pilas de manera eficiente. Luego hicieron pilas funcionales a partir de estos metales recuperados, creando un mínimo de residuos en el proceso.
Los científicos afirman que su enfoque de residuos a recursos aborda tanto los residuos de alimentos como los residuos de electrónica, apoyando el desarrollo de una economía circular con cero residuos, en la que los recursos se mantengan en uso el mayor tiempo posible. Se estima que cada año se generan en todo el mundo 1.300 millones de toneladas de residuos de alimentos y 50 millones de toneladas de residuos electrónicos.
Las pilas gastadas se tratan convencionalmente con calor extremo (más de 500°C) para fundir los metales valiosos, que emiten gases tóxicos peligrosos. Se están explorando enfoques alternativos que utilizan soluciones ácidas fuertes o soluciones ácidas más débiles con peróxido de hidrógeno para extraer los metales, pero aún así producen contaminantes secundarios que suponen riesgos para la salud y la seguridad, o dependen del peróxido de hidrógeno, que es peligroso e inestable.
La profesora Madhavi Srinivasan, codirectora del laboratorio de la NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy (NTU SCARCE), dijo: «Los actuales procesos industriales de reciclaje de desechos electrónicos son intensivos en energía y emiten contaminantes nocivos y desechos líquidos, lo que indica la urgente necesidad de métodos ecológicos a medida que aumenta la cantidad de desechos electrónicos. Nuestro equipo ha demostrado que es posible hacerlo con sustancias biodegradables.
«Estos hallazgos se basan en nuestro trabajo actual en SCARCE, en el Instituto de Investigación de la Energía de la NTU (ERI@N). El laboratorio de SCARCE se creó para desarrollar formas más ecológicas de reciclar los residuos electrónicos. También forma parte de la iniciativa Smart Campus de la NTU, que tiene como objetivo desarrollar soluciones tecnológicamente avanzadas para un futuro sostenible».
El profesor adjunto Dalton Tay, de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales y la Escuela de Ciencias Biológicas de la NTU, dijo: «En Singapur, un país con escasez de recursos, este proceso de minería urbana para extraer metales valiosos de todo tipo de aparatos electrónicos desechados se vuelve muy importante. Con este método, no sólo abordamos el problema del agotamiento de los recursos manteniendo estos metales preciosos en uso tanto como sea posible, sino también el problema de los desechos electrónicos y la acumulación de residuos de alimentos, ambos una crisis mundial creciente».
Un enfoque sostenible de bajo costo
Con los enfoques industriales para reciclar los residuos de baterías que generan contaminantes nocivos, se está explorando cada vez más la hidrometalurgia, que utiliza el agua como disolvente para la extracción, como una posible alternativa. Este proceso implica, en primer lugar, la trituración y el aplastamiento de las baterías usadas para formar un material triturado llamado masa negra. Los investigadores extraen entonces metales valiosos de la masa negra disolviéndola en una mezcla de ácidos fuertes o débiles más otros productos químicos como el peróxido de hidrógeno bajo el calor, antes de dejar que los metales se precipiten.
Si bien es relativamente más ecológico que los métodos convencionales, el uso de sustancias químicas tan fuertes a escala industrial podría generar una cantidad sustancial de contaminantes secundarios, lo que plantearía importantes riesgos para la seguridad y la salud, dijo el Profesor Asst Tay.
El equipo de la NTU descubrió que la combinación de la cáscara de naranja que ha sido secada en el horno y molida en polvo, y el ácido cítrico, un ácido orgánico débil que se encuentra en los cítricos, puede lograr el mismo objetivo.
En los experimentos de laboratorio, el equipo descubrió que su enfoque extrajo con éxito alrededor del 90% del cobalto, el litio, el níquel y el manganeso de las baterías de iones de litio agotadas, una eficacia comparable a la del enfoque que utiliza peróxido de hidrógeno.
Como explicó el Prof. Tay: «La clave está en la celulosa que se encuentra en la cáscara de naranja, que se convierte en azúcares bajo el calor durante el proceso de extracción. Estos azúcares mejoran la recuperación de los metales de los residuos de pilas. Los antioxidantes naturales que se encuentran en la cáscara de naranja, como los flavonoides y los ácidos fenólicos, también podrían haber contribuido a esta mejora».
Es importante señalar que los residuos sólidos generados por este proceso no se consideraron tóxicos, lo que sugiere que este método es ambientalmente racional, añadió.
A partir de los materiales recuperados, ensamblaron nuevas baterías de iones de litio, que mostraron una capacidad de carga similar a las comerciales. Se están llevando a cabo más investigaciones para optimizar el rendimiento del ciclo de carga y descarga de estas nuevas baterías fabricadas con materiales recuperados.
Esto sugiere que esta nueva tecnología es «prácticamente factible para el reciclaje de baterías de iones de litio usadas en el sentido industrial», dijeron los investigadores.
El equipo busca ahora mejorar aún más el rendimiento de sus baterías generadas a partir de residuos de baterías tratadas. También están optimizando las condiciones para aumentar la producción y explorando la posibilidad de eliminar el uso de ácidos en el proceso.
El profesor Madhavi, que también es de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU y del ERI@N, dijo: «Este enfoque de residuos a recursos también podría extenderse potencialmente a otros tipos de residuos de frutas y verduras ricos en celulosa, así como a tipos de baterías de iones de litio como el fosfato de hierro y litio níquel manganeso cobalto. Esto ayudaría a dar grandes pasos hacia la nueva economía circular de los desechos electrónicos, y a potenciar nuestras vidas de una manera más verde y sostenible».
Publicación original»Repurposing of Fruit Peel Waste as a Green Reductant for Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries»; Environmental Science & Technology; 2020 54 (15), 9681-9692