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Eduardo Castellanos Parra
1 ANEXO 2 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS CLAVE EN EL SISTEMA DE GESTIÓN DE BATERÍAS DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS/HÍBRIDOS AL FINAL DE SU VIDA ÚTIL, REQUERIMIENTOS DE LOS ACTORES IMPLICADOS. Proyecto: Estudio de viabilidad previo al diseño de un esquema de logística, tratamiento y reciclado de baterías de vehículos eléctricos e híbridos al fin de su vida útil Anualidad 2012 Ref.: TSI Proyecto en el ámbito del subprograma Avanza Competitividad I+D+i, incluido en el Plan Avanza 2, dentro de la Acción Estratégica de Telecomunicaciones y Sociedad de la Información Página 1 de 63
2 ESTUDIO DE VIABILIDAD PREVIO AL DISEÑO DE UN ESQUEMA DE LOGÍSTICA, TRATAMIENTO Y RECICLADO DE BATERÍAS DE VEHÍCULO ELÉCTRICO Y VEHÍCULO HÍBRIDO - Gestión y tratamiento de baterías de vehículo eléctrico e híbrido - Estado: Definitivo En Asúa, a 21 de Diciembre de 2012 Página 2 de 63
3 Índice 1. Antecentes Tipos de Vehículos eléctricos e híbridos Tipos de baterías eléctricas Baterías de Plomo-Ácido Baterías de Niquel Cadmio (NiCd) Baterías de Níquel Metal Hidruro (NiMH) Baterías de Litio-ión Contexto legislativo Revisión general de la normativa aplicable Definiciones Estudio de las necesidades logísticas y de gestión Logística de recogida capilar Transporte Almacenamiento en planta Tratamiento de las baterías fuera de uso Contactos con empresas fabricantes de automóviles y empresas recicladoras Procedimiento de manipulación y desmontaje de la batería del vehículo Operaciones previas al tratamiento de las baterías: descarga de electricidad residual y descontaminación de substancias o elementos que requieran gestión especial Procesos de reciclado de las celdas químicas Proceso Hidro-metalúrgico Empresas recicladoras de baterias de HEV / EV a nivel mundial Conclusiones Conclusiones generales Posibles modelos de gestión de baterías de HEV/EV fuera de uso Página 3 de 63
4 Índice de Figuras Figura 1. Esquemas de conexión para vehículos eléctricos e híbridos enchufables (Fuente: IDAE)... 7 Figura 2. Tipos de baterías de Litio-ión en desarrollo Figura 3. Tipos de baterías de Litio-ión y sus principales características Figura 4. Tipos de baterías y su evolución en función de su aplicación Figura 5. Definiciones: Pack de baterías versus Celda Figura 6. Cuestionario en relación a la gestión de las baterías de vehículos eléctricos híbridos al fin de su vida útil Figura 7. Aislamiento y protección del cableado de alta tensión, de color naranja normalizado (Fuente: CESVIMAP) Figura 8. Ejemplo de códigos de batería de Panasonic EV Energy para Toyota Figura 9. Expedición de baterías (Fuente: INDUMETAL) Figura 10. Ejemplo de testeo del batería de NiMH (Fuente: INDUMETAL) Figura 11. Ejemplo de Centro de descarga y desmantelado de baterías recargables (Fuente: Umicore) Figura 12. Diagrama de flujo del proceso Piro-metalúrgico Figura 13. Diagrama de flujo del proceso Hidro-metalúrgico Página 4 de 63
5 Índice de Tablas Tabla 1. Normativa general sobre residuos para baterías fuera de uso Tabla 2. Normativa general sobre transporte de mercancías peligrosas Tabla 3. Normativa general sobre prevención de riesgos laborales Tabla 4. Normativa general de seguridad industrial Tabla 5. Características de una batería NiMH de Nissan (Fuente: INDUMETAL) Tabla 6. Características de una batería NiMH de Toyota (Fuente: INDUMETAL) Tabla 7. Ejemplo de fracciones de impropios que forman la batería Página 5 de 63
6 1. Antecentes El objetivo principal del presente trabajo es obtener información actualizada sobre tipos de baterías actualmente comercializadas en el mercado europeo y con previsible entrada a corto plazo, logística de recogida específica, procesos de reciclado de baterías existentes e implantados, etc, con el fin de disponer de los datos necesarios para estudiar la viabilidad de llevar a cabo un projecto de investigación industrial en cooperación y a nivel internacional, que aborde la gestión y el tratamiento de las baterías eléctricas fuera de uso. El proyecto se programó para ser realizado en dos fases: - Fase I: Septiembre a Diciembre de Fase II: Enero a Diciembre de En la primera fase del proyecto se trabajó principalmente en la elaboración de un estudio del estado del arte sobre las baterías de propulsión de vehículos eléctricos e híbridos y sus procesos de reciclado. La información recogida está disponible en el Informe Fase I de título Estudio de viabilidad previo al diseño de un esquema de logística, tratamiento y reciclado de baterías de vehículo eléctrico y vehículo híbrido. Estudio del estado del arte. En la segunda fase del proyecto se ha completado dicha revisión, ampliándola con el estudio del esquema de desmontaje de las baterías/motor y los packs de baterías, las operaciones necesarias previas a su tratamiento, el estudio de las necesidades logísticas y de gestión, y sus posibilidades actuales de reciclado. Así, este trabajo arrojará luz sobre la situación actual del sector, los pasos que se están dando y los principales actores involucrados. 2. Tipos de Vehículos eléctricos e híbridos. Este punto está ampliamente desarrollado en el Informe Fase I. Sin embargo, se ha considerado necesario iniciar el presente informe con un resumen que enmarque la actividad desarrollada en esta segunda fase. Los diseños actuales sobre el coche eléctrico están encaminados a reducir parcial o totalmente la participación del motor de combustión como fuente de energía en los coches. Página 6 de 63
7 Entre los componentes de los Vehículos Híbridos Eléctricos (HEV) y de los Vehículos Eléctricos (VE) figuran la batería que almacene la energía, un motor eléctrico de propulsión, un generador, una trasmisión mecánica y un sistema de control. La Figura 1 muestra el esquema de conexión para HEV y EV. Figura 1. Esquemas de conexión para vehículos eléctricos e híbridos enchufables (Fuente: IDAE) Los vehículos propulsados, en parte o totalmente, por un motor eléctrico se pueden clasificar en las siguientes familias: Vehículo híbrido ligero. Modelos en el cual el motor deja de funcionar cuando el vehículo se detiene y provee energía adicional cuando se acelera. La reducción del consumo de gasolina es aproximadamente del 10%. Vehículo híbrido (HEV). Usan únicamente como fuente energética el combustible y no permite la carga de la batería mediante una fuente exterior de electricidad. A diferencia del vehículo eléctrico puro, su batería no tiene como misión la de almacenar una gran cantidad de energía, sino que está, en todo momento, interviniendo en ciclos de carga y descarga. La reducción del consumo de gasolina está entre el 25% y el 40%. La batería se puede recargar mediante el motor de gasolina y el frenado regenerativo. El frenado regenerativo obtiene la energía cinética para cargar las baterías cuando el conductor presiona el freno. El Ford Fusion Hybrid y el Toyota Prius son ejemplos de vehículos híbridos. Los sistemas híbridos minimizan el ralentí (El ralentí es el régimen mínimo de revoluciones por minuto a las que se ajusta un motor de combustión interna para permanecer en funcionamiento de forma estable sin necesidad de accionar un mecanismo de aceleración o entrada de carburante) y proporcionan un arranque eléctrico integrado, lo que aumenta la capacidad del vehículo para arrancar y acelerar. Los vehículos híbridos, se diferencian de los híbridos ligeros, en que tienen la capacidad de activar el funcionamiento eléctrico de forma voluntaria. Página 7 de 63
8 Vehículo híbrido enchufable (PHEV). Esta familia de vehículo combina un motor de combustión interna (MCI) con una batería y un motor eléctrico. El MCI y/o el motor eléctrico propulsan el vehículo en una configuración paralela o en serie. Co-habitan dos fuentes exteriores de energía, provenientes de los combustibles que permiten mover el motor térmico, y de la electricidad suministrada por la red que permite recargar la batería. Normalmente, el motor de combustión es más pequeño que el que llevan los coches convencionales e incluso los coches híbridos. Las baterías se pueden cargar mediante: - Motor de gasolina. - Freno regenerativo, que utiliza la energía cinética acumulada. - Conectando el vehículo a un punto de recarga. Vehículo eléctrico de batería (BEV). Estos vehículos están propulsados únicamente por un motor eléctrico. La fuente de energía proviene de la electricidad almacenada en la batería que se debe cargar a través de la red. Necesitan una batería mayor que en los tipos de vehículos expuestos anteriormente. Vehículo Eléctrico de Autonomía Extendida (EREV). Tienen las mismas características que los vehículos eléctricos de batería pero llevan además un MCI (otra fuente de energía secundaria) que funciona como un generador. Utiliza un motor de combustión interna para alimentar un generador eléctrico que carga la batería del sistema en un proceso lineal, en caso de que sea necesario. 3. Tipos de baterías eléctricas. Al igual que en el caso anterior, este punto está ampliamente desarrollado en el Informe Fase I. Sin embargo, se ha considerado necesario iniciar el presente informe con un resumen que enmarque la actividad desarrollada en esta segunda fase. Página 8 de 63
9 Se denomina batería eléctrica o acumulador eléctrico al dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que, posteriormente, la devuelve con ciertas pérdidas; este ciclo puede repetirse un determinado número de veces. El funcionamiento de un acumulador está basado esencialmente en un proceso reversible llamado reducción-oxidación (también conocida como reacción redox). Se trata de un proceso en el cual uno de los componentes se oxida (pierde electrones) y el otro se reduce (gana electrones); es decir, un proceso cuyos componentes que no resulten consumidos no se pierden, sino que solamente cambian su estado de oxidación, y que a su vez pueden retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas. Las principales características de las baterías son las siguientes: - Fuerza electromotriz (f.e.m) o voltaje: El voltaje de una celda electroquímica viene dado por la diferencia entre los potenciales redox de los materiales activos del cátodo y del ánodo. La fuerza electromotriz se mide en voltios (V). - Capacidad total: Indica la cantidad total de carga eléctrica que es capaz de almacenar la batería. La unidad habitualmente empleada para expresar dicha capacidad es el amperio-hora (Ah). En muchos casos es útil normalizar la capacidad dividiéndola entre la masa total de la batería, lo que se conoce como capacidad específica, (Ah/Kg) para obtener un valor más comparable. - Energía total: Indica la cantidad total de energía eléctrica que es capaz de acumular la batería. La energía total de una batería se puede obtener multiplicando la capacidad por el voltaje de la celda electroquímica (Wh). Como en el caso anterior, este dato se suele dividir entre el peso de la batería para obtener la energía específica. - Ciclos de vida: Indica el número de ciclos de carga y descarga que se pueden llevar a cabo hasta que la capacidad de la batería sea un 80% de su valor nominal. - Profundidad de descarga: Indica el límite máximo de la batería que se puede descargar, sin que aparezcan efectos negativos en la batería - Rendimiento: es la relación porcentual entre la energía eléctrica recibida en el proceso de carga y la que el acumulador entrega durante la descarga. La batería de plomo-ácido tiene un rendimiento de más del 90%. A continuación se detallan las baterías más comúnmente utilizadas en el sector sujeto a estudio. Página 9 de 63
10 3.1. Baterías de Plomo-Ácido. Tradicionalmente, la mayoría de los vehículos eléctricos han utilizado baterías de plomo-ácido, debido a su tecnología madura, alta disponibilidad y bajo costo. Ventajas: - Estas batería cuentan con voltaje elevado, mayor de 2V. - Son capaces de suministrar una elevada intensidad de corriente y potencia. - Al ser una tecnología madura, es el tipo de batería más barata del mercado. - Componentes fácilmente reciclables. En España se reciclan más del 95% de todas las baterías utilizadas. Desventajas: - Baja energía específica. De los distintos tipos de baterías empleadas en los VE son las que tienen una menor energía específica (10 40 Wh/Kg). - No están preparadas para profundidades de descarga elevadas, el número de ciclos (1 ciclo=1 carga y descarga) de carga y descarga de estas baterías es bajo, entre 400 y Impacto ambiental negativo, debido a que cuentan con compuestos contaminantes como el Antimonio (Sb) y el Arsénico (As) Baterías de Niquel Cadmio (NiCd) Las baterías de Níquel Cadmio (NiCd) son baterías recargables de uso doméstico e industrial. Cada vez se usan menos, a favor de las de Níquel Metal Hidruro (NiMH), debido a su efecto memoria y al Cadmio. El uso del Cadmio se restringió a causa de su nocividad para el medio ambiente a partir de Febrero de 2008 al entrar en vigor el Real Decreto 106/2008 sobre pilas y acumuladores y la gestión ambiental de sus residuos. Ventajas: - Los ciclos de carga, que oscilan entre los y ciclos (superiores a las de NiMH). - En condiciones estándar dan un potencial de 1,3 V (Tensión de trabajo nominal 1,2). - Duración de vida importante (1.000 ciclos) Desventajas: - Contaminación del Cadmio. Página 10 de 63
11 - Efecto memoria Baterías de Níquel Metal Hidruro (NiMH). Se consideran la evolución de las baterías NiCd. Este tipo de baterías se emplea en los vehículos eléctricos híbridos, como en el caso de la marca Toyota. Ventajas: - Cuentan con una densidad de energía elevada, entre 60 y 80 Wh/kg, valor más elevado que en el tipo plomo-ácido. - Admiten cargas rápidas, con una duración de entre 1 y 3 horas. - No requieren mantenimiento. Desventajas: - El número de ciclos de esta batería a lo largo de su vida útil es moderado, entre 300 y 600 ciclos. - El coste es mayor que en el caso de la batería de plomo. - Tiene un efecto memoria moderado, perdiendo capacidad de almacenamiento y una alta auto-descarga. - Su comportamiento no es el óptimo en climas fríos Baterías de Litio-ión. Este tipo de baterías es ampliamente conocido por su extendido uso en ordenadores portátiles y electrónica de consumo. El Litio-ión predomina en los nuevos desarrollos de vehículos eléctricos debido a sus elevadas prestaciones, de hecho, se espera que sea la tecnología más extendida en el futuro. Ventajas: - Poseen el voltaje nominal más elevado de los tres tipos de baterías, con valores típicos entre los 3 y 4V. - Cuentan con una energía específica muy elevada ( Wh/Kg), casi el doble que en el caso de la de NiMH y más de cuatro veces el valor de las baterías de plomo. - Dificultad de encontrar baterías, a nivel comercial, por encima de los 115 Wh/Kg - Presentan un bajo efecto memoria, es decir, una excelente recargabilidad. - Moderado impacto medioambiental Desventajas: Página 11 de 63
12 - Elevado coste, pudiendo llegar a los 800 /kwh - Pérdida de prestaciones a temperaturas elevadas - Se degradan cuando se producen sobrecargas o sobredescargas, presentan problemas con descargas por debajo de 2V. Aunque actualmente la mayoría de baterías de Litio tienen el ánodo de carbón, los nuevos desarrollos apuntan a una nueva tecnología de baterías de Litio con ánodo de Silicio-Grafeno, que permitirá mayores capacidades y cargas más rápidas. Por otra parte, el cátodo puede ser de Cobalto, Manganeso, Fosfato de hierro u otros metales. En los coches eléctricos, lo más común hoy en día son las pilas de Litio con Manganeso y con una mezcla de Níquel, Manganeso y Cobalto (NMC, en adelante), aunque hay empresas que apuestan y están desarrollando acumuladores de Litio con cátodos de Fosfato de hierro u otros (Ver tipos en Figura 2). ANALISIS BATERIAS - COMPOSICIÓN / SEGURIDAD BATERIA NiMH (LCO) (LMO) (NMC) (LFP) (NCA) (LTO) (MNS) (MN) COMPOSICIÓN CATODO / ANODO Ni-MH LiCoO2 / Grafito LiMn 2O 4 / Grafito Li(Ni1/3Co1/3Mn 1/3)O 2 / Grafito LiFePO4 / Grafito Li(Ni0.85Co 0.1Al 0 LiMn 2O 4 / LiMn 1.5Ni 0.5O 4 Li 1.2Mn 0.6Ni 0.2O 2.05)O 2 / Grafito Li 4Ti 5O 12 / Li 4Ti 5O 12 / Grafito SEGURIDAD BATERIA ALTA MUY BAJA ALTA MEDIA ALTA MEDIA MUY ALTA MUY ALTA MUY ALTA Figura 2. Tipos de baterías de Litio-ión en desarrollo (Fuente: Ecopilas) En la Figura 3 se muestra una comparativa de las principales características de las baterías de Litio que están en un estadío más cercano al mercado. Página 12 de 63
13 Figura 3. Tipos de baterías de Litio-ión y sus principales características (Fuente: Umicore) Finalmente, la Figura 4 representa la evolución de los distintos tipos de baterías en función de los requerimientos de cada sector: electrónica de consumo, automoción y sistemas de almacenamiento de energía. Figura 4. Tipos de baterías y su evolución en función de su aplicación. (Fuente: Umicore) 4. Contexto legislativo Revisión general de la normativa aplicable. En función de su naturaleza la batería será: Residuo Peligroso (RP), Residuo No Peligroso (RnP) y/o mercancía peligrosa. Teniendo en cuenta los principales tipos de baterías, en cada caso, se concluye que: Batería Pb NiCd NiMH Li-ión Residuo No Peligroso (RnP) X X Residuo Peligroso (RP) X X Mercancía peligrosa (ADR) X Legislacion sobre residuos. Página 13 de 63
14 Todos los residuos se deben gestionar bajo una normativa específica (registros de producción, etiquetado, almacenamiento, gestores autorizados, cumplir ratios reciclados, ). Una vez que la batería alcanza el final de su vida útil se convierte en residuo y por lo tanto, le aplica la legislación relativa a residuos. La Tabla 1 resume la normativa general sobre residuos aplicable a las baterías fuera de uso. Tabla 1. Normativa general sobre residuos para baterías fuera de uso. Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados. REAL DECRETO 106/2008, de 1 de febrero, sobre pilas y acumuladores y la gestión ambiental de sus residuos. REAL DECRETO 833/1988, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento para la ejecución de la Ley 20/1986, de 14 de mayo, Básica de Residuos Tóxicos y Peligrosos. REAL DECRETO 952/1997, de 20 de junio, por el que se modifica el Reglamento para la ejecución e la Ley 20/1986, de 14 de mayo Legislación sobre mercancías. En líneas generales, se puede decir que para el transporte de cualquier mercancía, los transportistas necesitan cumplir unos requisitos mínimos. Si además, se habla de una mercancía peligrosa estos requisitos son mayores y también afectan al cargador y al descargador (etiquetado, embalaje, formación mínima, declaraciones anuales, consejeros de seguridad, fichas de seguridad ) Así, durante el transporte de la batería, tanto desde el punto de vista de producto como de residuo, la normativa que es necesario considerar es la descrita en la Tabla 2. Tabla 2. Normativa general sobre transporte de mercancías peligrosas. Acuerdo Europeo sobre el transporte de mercancías peligrosas por carretera (ADR 2011) REAL DECRETO 551/2006, de 5 de mayo, por el que se regulan las operaciones de transporte de mercancías peligrosas por carretera en territorio español. REAL DECRETO 1566/1999, de 8 de octubre, sobre los consejeros de seguridad para el transporte de mercancías peligrosas por carretera, por ferrocarril o por vía navegable ORDEN FOM/605/2004, de 27 de febrero, sobre capacitación profesional de los consejeros de seguridad para el transporte de mercancías peligrosas por carretera, por ferrocarril o por vía navegable. ORDEN FOM/2924/2006, de 19 de septiembre, por la que se regula el contenido mínimo del informe anual para el transporte de mercancías peligrosas por carretera, por ferrocarril o por vía navegable. Página 14 de 63
15 LEY 16/1987, de 30 de julio, de ordenación de los transportes terrestres modificada por la LEY 29/2003 El REAL DECRETO 1211/1990 de 28 de septiembre por el que se aprueba el reglamento de la Ley de ordenación de los transportes terrestres, modificado por el REAL DECRETO 1225/ Legislación sobre prevención de riesgos laborales. Existen riesgos a las personas derivados de la manipulación de las baterías que hay que tener en cuenta como, por ejemplo, las derivadas de trabajar con tensiones cercanas a los 400 voltios y con materiales (electrolitos) corrosivos y explosivos. Se trata de situaciones potenciales que podrían causar graves lesiones e incluso la muerte si no se actuara debidamente. Es por lo que la activad de tratamiento de estas baterías debe disponer de una evaluación de riesgos que identifique los mismos y establezca las medidas preventivas. Las Tabla 3 y Tabla 4 recogen la legislación a considerar para ello. Tabla 3. Normativa general sobre prevención de riesgos laborales. LEY 31/1995, de 8 de Noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales. Real Decreto 5/2000, de 4 de Agosto, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley sobre Infracciones y Sanciones en el Orden Social. Ley 54/2003 de 12 de Diciembre, sobre reforma del Marco Normativo de la Prevención de Riesgos Laborales. Real Decreto 485/1997, de 14 de Abril, sobre disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo Real Decreto 486/1997, de 14 de Abril, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud en los lugares de trabajo Real Decreto 1215/1997, de 18 de Julio, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo. Real Decreto 2177/2004, de 12 de Noviembre, por el que se modifica el RD. 1215/1.997 por el que se establecen las Disposiciones Mínimas de Seguridad y Salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo, en materia de trabajos temporales en altura. Real Decreto 374/2001, de 6 de Abril, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con los agentes químicos durante el trabajo. Real Decreto 614/2001, de 8 de Junio, sobre protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico. Tabla 4. Normativa general de seguridad industrial. Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales, año Real decreto 1942/1993, de 5 de Noviembre, por el que sea aprueba el reglamento de instalaciones de protección contra incendios. Página 15 de 63
16 Real decreto 314/2006, de 17 de Marzo, por el que sea aprueba el Código Técnico de la Edificación (Documento Básico SI) 4.2. Definiciones. Atendiendo al REAL DECRETO 106/2008, de 1 de Febrero, sobre pilas y acumuladores y la gestión ambiental de sus residuos: - Pila o acumulador: fuente de energía eléctrica obtenida por transformación directa de energía química y constituida por uno o varios elementos primarios (no recargables), o constituida por uno o varios elementos secundarios (recargables). - Pila o acumulador de automoción: pila o acumulador utilizado para el arranque, encendido o alumbrado de vehículos. - Pila o acumulador industrial: pila o acumulador diseñado exclusivamente para uso industrial o profesional o utilizado en cualquier tipo de vehículo eléctrico. - Batería (pack de baterías): conjunto de pilas o acumuladores conectados entre sí, formando una unidad integrada y cerrada dentro de una carcasas exterior no destinada a ser desmontada ni abierta por el usuario final. Ejemplo de baterías son las baterías de automoción y las industriales. Así, se utilizará el término pack de baterías, módulo o batería al conjunto de acumuladores contectados entre sí, y celda o pila, a la unidad individual que forma el módulo o pack de baterías (Ver Figura 5) Página 16 de 63
17 Los términos pack, módulo y celdas corresponden a la definición de pila o acumulador. Mientras que Pack y Módulo también corresponden a la definión de Batería o Pack de baterías. Figura 5. Definiciones: Pack de baterías versus Celda. 5. Estudio de las necesidades logísticas y de gestión Logística de recogida capilar. Puntos de recogida de las baterías fuera de uso: Los orígenes principales del residuo y en definitiva, los puntos de recogida a considerar son los siguientes: - Planta de ensamblaje de coches. - Concesionario/Taller de reparación oficial de marca. - Taller de reparación de vehículos independiente. - CAT (Centro Autorizado de Tratamiento) de SIG (Sistema Integradod e Gestión de residuos); fabricantes de vehículos o sistemas de recogida capilar similares. De ellos, la planta de ensamblaje de coches junto con el taller oficial de la misma marca podrían coordinarse conjuntamente, quedando por otro lado el taller independiente multimarca. El CAT de SIG quedaría en un punto intermedio entre el punto de recogida u origen y alguno de los modelos de gestión a utilizar. Operativa de recogida de las baterías fuera de uso: Página 17 de 63
18 Teniendo en cuenta las distintas experiencias en recogidas capilares de RAEES, pilas, fluorescentes, etc. de INDUMETAL, el modelo que a priori parece más exitoso, es el de un call-center gestionado de una de las siguientes formas: - cada una de las marcas independientemente, - a través de alguna de las asociaciones gremiales en las que participan (por ejemplo ANFAC (Asociación Nacional de Fabricantes de Automóviles y Camiones). - adheridos a algún S.I.G. existente como pudiera ser Ecopilas donde el taller oficial ficial y/o independiente realicen la petición de servicio y desde donde a su vez se cursen las ordenes de recogida siendo llevadas a la planta de tratamiento directamente o a través de un CAT que consolide volúmenes Transporte. Teniendo en cuenta la legislación aplicable, es necesario considerar las dos normativas generales que afectan a los residuos sujetos a estudio: la normativa de Residuos y la normativa de Transporte por carretera de mercancías peligrosas (ADR). Según la norma de Residuos, se tiene en cuenta si la batería a transportar es RP o RnP. Tal y como se ha definido en el apartad anterior, a día de hoy, tanto los acumuladores de NiMH como el Li-ión son RnP, por lo que para su transporte únicamente es necesario: - Solicitud de Admisión (SA), - Documento de Aceptación (DA), - Documento de Seguimiento y Control (DSC), - Transportista autorizado de residuos NP. Por el contrario, si son baterías de plomo o acumuladores de NiCd están catalogadas como RP. En este caso, son necesarios los siguientes documentos: - Solicitud de Admisión (SA), - Documento de Aceptación (DA), - Notificación previa de Traslado (NT), Página 18 de 63
19 - Documento de Control y Seguimiento (DCS). Es importante indicar que en las propuestas de revisión de la Lista Europea de Residuos (LER) se está planteando la armonizaciónzación en cuanto a peligrosidad entre la norma/s de Residuos con la de Transporte de Mercancías Peligrosas por Carretera (ADR). En un primer paso se está planteando el que toda clase de pilas y/o baterías y/o pasen a ser RP. Considerando estás premisas, se ve que dependiendo de su tipología, las necesidades de documentación y características del transportista varían del siguiente modo: 1. Baterías de plomo y acumuladores de NiCd (Residuo Peligroso y Mercancía Peligrosa para el transporte): - Transportista autorizado de RP. - Transportista con flota (vehículos y chóferes) autorizada para el transporte de mercancías peligrosas (ADR). - Utilización de envases autorizados de acuerdo a la normativa ADR. - Generar las correspondientes Cartas de Porte y demás documentos asociados al ADR. - Disponer de una SA y un DA por parte del gestor de destino. - Generar una NT y un DCS para cada recogida capilar. - Si se utilizan CAT, estos necesitarán las autorizaciones pertinentes. 2. Baterías de NiMH (sólo Residuo No Peligroso): - Transportista autorizado de RnP. - Disponer de una SA y un DA por parte del gestor de destino. - Generar un DSC para cada recogida capilar. - Si se utilizan CAT, estos necesitarán las autorizaciones pertinentes. 3. Baterías de Li-ión (Residuo no Peligroso y Mercancía Peligrosa para el transporte): - Transportista autorizado de RnP. - Transportista con flota (vehículos y chóferes) autorizada para el transporte de mercancías peligrosas (ADR). - Utilización de envases autorizados de acuerdo a la normativa ADR. - Generar las correspondientes Cartas de Porte y demás documentos asociados al ADR. - Disponer de una SA y un DA por parte del gestor de destino. - Generar una un DSC para cada recogida capilar. - Si se utilizan CAT, estos necesitarán las autorizaciones pertinentes. Página 19 de 63
20 5.3. Almacenamiento en planta. Para definir la operativa del almacenamiento en planta, en primer lugar es necesario tener en cuenta la normativa general a nivel de empresa. Y además: - Para los RP el almacenamiento máximo permitido es de 6 meses, mientras que para los RnP, el almacenamiento máximo permitido es de 24 meses en caso de que el residuo se destine a valorización y/o reciclaje. - Todo el material se deberá de almacenar a cubierto y sobre suelo impermeable. - En caso de que las baterías y/o acumuladores tengan electrolito en estado líquido que pueda derramarse, las baterías y/o acumuladores deberán de estar dentro de envases homologados a tal fin y además deberán de estar colocados sobre cubetos de retención de líquidos o bien el almacén disponga de suelos impermeables con pendiente de recogida de líquidos y sus correspondiente medio de almacenamiento. - Nunca deberán de colocarse baterías de distintas calidades dentro de un mismo envase (plomo con NiCd o Li-ión, etc) para evitar reacciones químicas que puedan generar reacciones exotérmicas, explosivas, corrosivas, etc. - En el apilamiento de las distintas baterías y/o acumuladores de una misma tipología dentro de un mismo envase, tendrá que tenerse especial cuidado en la protección de los bornes para evitar cortocircuitos bien con aislantes individuales o por medio de placas de material aislante por capas. - Se podrán apilar envases tipo caja de madera, contenedores de polietileno rígido, y/o cajas de cartón, teniendo en cuenta en todo momento el factor de seguridad al apilamiento facilitado por los fabricantes de las cajas y/o contenedores. - A nivel de almacén no hay incompatibilidades en que se encuentren en un mismo espacio sin ningún tipo de separación del tipo mampara, pared, etc. siempre y cuando ninguno de los envases que contengan baterías y/o acumuladores no tengan derrames visibles. - Los acumuladores de Li-ión conviene almacenarlos en zonas de buena ventilación y lejos de cualquier foco de calor y/o humedad, que pudiera facilitar reacciones de autocombustión espontánea. - Tendrá que disponerse de un conveniente dispositivo de contra incendios con medios de extinción adecuados para los distintos tipos de baterías y/o acumuladores que puedan almacenarse. Página 20 de 63
21 - Así mismo, se procurará que las calles de rodadura dentro de los almacenes dispongan de un espacio suficiente para maniobrar que evite en la manera de lo posible accidentes de caída de bultos por golpes de las carretillas elevadoras. - Todos los envases y/o bultos que se encuentren en los almacenes deberán de contar del correspondiente etiquetaje para su correcta identificación que cumpla con todos los requisitos exigidos por las normas de Residuos como Transporte de mercancía peligrosa por carretera. - Así mismo el operador del almacén deberá de disponer de un procedimiento de control de stocks por cada tipo de calidad/topología que contemple los siguientes parámetros: a. Peso neto y bruto de cada batería yo acumulador. b. Peso neto y bruto de cada uno de los envases y total del mismo. c. Número de envases. d. Procedencia (proveedor) de cada uno de los elementos. e. Fecha de entrada al almacén. f. Referencias facilitadas por los talleres en cuanto a la identificación individual de cada elemento. 6. Tratamiento de las baterías fuera de uso Contactos con empresas fabricantes de automóviles y empresas recicladoras. Con el fin de profundizar en la labor de documentación y en la definición de la estrategia del proyecto, en esta segunda fase se ha abordado el contacto con los fabricantes de vehículos eléctricos e híbridos. Esta labor se ha complementado con la visita a concesionarios/talleres de reparación oficial de las marcas, y con la revisión de las empresas de reciclado que a día de hoy son capaces de recuperar los metales de valor contenidos en las celdas electroquímicas. Además de la asistencia a congresos del sector y jornadas relacionas con la temática del proyecto, el contacto con los fabricantes se ha realizado a través de un cuestionario (Figura 6) que recoge las preguntas clave necesarias para conceptualizar el tema que nos ocupa. Así mismo, el objetivo es conocer el interés de los fabricantes en un futuro proyecto coordinado de gestión de las baterías fuera de uso a nivel estatal y además, evaluar las posibilidades de acceder a baterías fuera de uso para su estudio en el proyecto. Página 21 de 63
22 Figura 6. Cuestionario en relación a la gestión de las baterías de vehículos eléctricos híbridos al fin de su vida útil. 1. DATOS IDENTIFICATIVOS: Empresa: CCAA donde se sitúa la instalación: Grupo al que pertenece: Marcas que comercializan: Persona de contacto: 2. DATOS SOLICITADOS: 1) Qué tipo de vehículo eléctrico están comercializando o se plantean comercializar en España? Marcar una opción. o Eléctrico puro (VEB) o Híbrido (VEH) o Las dos tecnologías. 2) En qué plazo tienen previsto iniciar la comercialización en España de dichos vehículos? Marcar una o varias opciones. o Actualmente se están comercializando los siguientes modelos: o o Durante los dos próximos años ( ) o A partir de los próximos dos años. o Otros. Especificar: 3) Cuántas unidades de cada una de las tecnologías marcadas tienen previsto comercializar en España en el período , y en adelante? Vehículo Período (Unidades) A partir de 2017 (Unidades) Eléctrico Híbrido. 4) Qué tipo de tecnología van a utilizar en las baterías eléctricas que monten en sus vehículos?: o Ni-Mh o Li-ión o Otras.Especificar: 5) Cuál es la potencia eléctrica nominal que tendrán cada uno de los modelos de baterías? Tipo de Batería Potencia nominal (kw) Página 22 de 63
23 . 6) Qué peso medio de batería estiman para cada uno de los modelos? Tipo de Batería Peso (kg). 7) Están pensando en algún uso residual para las baterías dadas de baja de los vehículos? Por ejemplo, su uso como batería estacionaria hasta su agotamiento definitivo. o Sí. o No. 8) Cuál es el modelo de comercialización de las baterías instaladas en los VEB/VEH? o Venta: el propietario del vehículo es propietario de la batería. o Leasing/ alquiler: el propietario de la batería continúa siendo el fabricante del vehículo. o Leasing/ alquiler: el propietario de la batería continúa siendo el fabricante de la batería. 9) Llegado el fin de vida de la batería en el vehículo, quién será el responsable de darla de baja? o Fabricante del vehículo. o Red autorizada de talleres. o Cualquier taller. o Otras. Especificar: 10) En caso de darle un segundo uso a la batería, quién será el responsable de su gestión a la hora de convertirse en residuo? o El fabricante del vehículo. o La empresa usuaria de la batería en ese segundo uso. 11) Tiene su casa/ marca/ grupo algún acuerdo a nivel global para la gestión de las baterías al final de su vida útil? o Sí, un acuerdo a nivel europeo/ mundial con una planta que dispone de instalaciones en España. o Sí, un acuerdo a nivel europeo/ mundial con una planta que dispone de instalaciones fuera de España. o Sí, un acuerdo a nivel mundial con una planta que dispone de instalaciones fuera de Europa. o No, no disponemos de ningún acuerdo como marca, pero disponemos de un acuerdo con una planta de tratamiento española. o No, no disponemos de ningún acuerdo como marca, pero disponemos de un acuerdo con un Sistema Integrado de Gestión (SIG) español. o No, no disponemos de ningún acuerdo, la gestión de las baterías podrá realizarse a través de los medios habituales para la gestión de baterías en España. 12) En caso afirmativo, podrían indicarnos el nombre de la empresa con la que dispone de dicho acuerdo? o Sí: o No, este acuerdo es aún confidencial. 13) En caso de disponer de un acuerdo con una planta especializada, qué operaciones incluye ese acuerdo? Marque todas las opciones pertinentes: Página 23 de 63
24 o La descarga de la batería. o La manipulación (desmontaje) de la batería. o El reciclado (gestión final) de la batería. o La recogida de la batería desde el taller. o El almacenamiento de la batería en España hasta su traslado a la planta autorizada. o Otros, especificar 14) En caso de no tener todas las opciones anteriormente citadas resueltas, indique a continuación cuál sería en su opinión el flujo más adecuado para gestionar el residuo una vez la batería ha llegado a su fin de vida. Marque una de las siguientes opciones. o o o o Fabricante del vehículo Sistema Integrado de Gestión (SIG) Empresa recicladora. Fabricante del vehículo Empresa recicladora. Usuario (Taller) Sistema Integrado de Gestión (SIG) Empresa recicladora. Otros. Especificar: 15) Qué tipo de control y/u información requeriría el fabricante del vehículo a la empresa gestora/recicladora? 16) Cuántas baterías eléctricas estiman que será necesario reciclar en España en el período , y en adelante?? Tipo de Batería Período (Unidades) A partir de 2017 (Unidades). 17) Qué carga eléctrica residual van a tener las baterías que se destinen al reciclaje? Tipo de Batería Carga eléctrica residual (V). 18) De cara a diseñar un modelo de gestión del residuo de batería es importante conocer en qué se van a basar las principales diferencias entre tipos. Seleccionar una o varias opciones. o o o o o Tipo de tecnología (NiMH, Li-ión, etc). Potencia máxima de la batería. Forma de agrupar las celdas que formarán los módulos. Forma de ensamblar los módulos/packs que formarán las baterías. Otros (Especificar): 19) En cuantas fracciones consideran sería oportuno el desmontaje de una batería previa al reciclaje final metalúrgico y otros?: o o o o o Plástico y/ó metal (carcasa). Circuitería electrónica. Cableado eléctrico. Celda Ni-Mh ó Li-ión. Otros. Especificar: Página 24 de 63
25 20) Son algunas de las fracciones mencionadas en el punto anterior susceptibles de reutilización por parte del fabricante? o o Sí. Cuál? No. 21) Estarían abiertos a facilitar alguna unidad de cada modelo para su estudio por parte de la empresa recicladora de los componentes y/o metales contenidos? o o Sí. No. En caso contrario, estarían dispuestos a que la empresa recicladora pudiera desplazarse a sus instalaciones o un punto señalado por ustedes, para aprender de su manipulación y medidas de seguridad de cara a un seguro y eficiente desensamblaje? o Sí. Bajo un acuerdo de confidencialidad. o Dependiendo el marco de colaboración. o No. En ningún caso. 22) Estarían interesados en participar en un proyecto colaborativo de investigación que estudie el reciclaje de la batería al fin de su vida útil? o o Sí. Motivos: No. Motivos: De los contactos realizados se concluye que, a día de hoy, las baterías se consideran piezas clave en el desarrollo del vehículo eléctrico por lo que las marcas están abordando de una forma individual la gestión de la batería una vez llega a su fin de vida en el vehículo. Así, existen acuerdos directos entre fabricantes de vehículos y empresas recicladoras (gestor final). Cada uno de los fabricantes de vehículos y toda su red de concesionarios/talleres oficiales asume individualmente la operativa desde la recogida capilar en origen hasta su envío a gestor. Es el fabricante de automóviles quien contrata la realización del servicio a un operador que le de cobertura en los aspectos de logística de recogida y entrega al gestor final del residuo. Las marcas facilitan a sus concesionarios/talleres de reparación oficial los procedimientos de manipulación y desensamblaje específicos para extraer sin riesgo alguno las baterías del vehículo y gestionar su envío a la empresa recicladora. Página 25 de 63
26 Por otra parte, y tal y como se explicó en el Informe Fase I del presente proyecto, cuando una batería se empieza a agotar se reducirá significativamente su utilidad para un coche eléctrico y requiere ser reemplazada. Sin embargo, a la batería le queda entre un 50-70% de capacidad de carga, por lo que estas baterías podrían reutilizarse para otras aplicaciones. En la actualidad muchas empresas fabricantes de vehículos eléctricos están buscando formas de volver a utilizar las baterías de sus vehículos eléctricos una vez que lleguen al final de su vida útil. Por otra parte, el hecho de que las baterías sean estratégicas hace que disponer de ellas para su estudio sea realmente complejo. Algunos de los fabricantes estarían dispuestos a cederlas pero en el marco de un proyecto colaborativo y bajo un acuerdo de confidencialidad. En el caso de las empresas recicladoras, éstas trabajan bajo acuerdos con el fabricante del vehículo, quien les impiden ceder las baterías a empresas agenas a su circuito de gestión. Tras los contactos realizados a lo largo del proyecto, finalmente se ha podido disponer de dos modelos de batería de NiMH pertenecientes a las marcas Toyota y Honda. Estas baterías son las más utilizadas en la actualidad en los vehículos híbridos y han servido para realizar ensayos prácticos que documentan el presente informe Procedimiento de manipulación y desmontaje de la batería del vehículo. Hoy en día, todos los fabricantes de vehículos híbridos y eléctricos han implementado en sus talleres oficiales los procedimientos de comportamiento y manipulación de los pack de baterías al ser la seguridad uno de los aspectos de máxima preocupación. Las baterías defectuosas tienen que ser gestionadas para su envío al gestor final para reciclado y/o valorización. Para ello, el taller ha de desconectarlas del vehículo siguiendo el protocolo de seguridad de la marca y empaquetarlas para su envío. La información recibida procedente de talleres y marcas, indica que el procedimiento de manipulación de la batería, en líneas generales, es el siguiente: Página 26 de 63
27 1) Manipulación obligatoria del vehículo por personal cualificado y específicamente formado. 2) Empleo de EPI s. Guantes y zapatos aislantes, gafas de seguridad. Es necesario asegurarse de que el material de seguridad esté en perfecto estado. No utilizar el material si está húmedo. 3) Identificación del vehículo. Muchos fabricantes acompañan la denominación del modelo comercial con un anagrama idetificativo de su motorización (hybrid en el caso de Toyota; IMA para Honda; plug-in para vehículos eléctricos enchufables, etc). Pero a pesar de ello, en algunos casos puede quedar oculto a simple vista. Una forma que tiene el taller de asegurarse de que el coche es eléctrico o híbrido es localizar en el capó algún cable naranja (Figura 7), signo inequívoco del color del cableado de alta tensión, clasificación normalizada por el convenio del automóvil en base a la clasificación del Real Decreto 614/2001: - Baja tensión: La batería de servicio de 12V. - Alta tensión: Equipos y batería de tracción ( V). Figura 7. Aislamiento y protección del cableado de alta tensión, de color naranja normalizado (Fuente: CESVIMAP) 4) Corte de la alta tensión. Anular cualquier posible transferencia de energía por el sistema eléctrico mediante la retirada de la llave de contacto y esperar 10 minutos antes de tocar cualquier conector o terminal de alta tensión. Página 27 de 63
28 5) Retirada del conector de servicio. Como medida extra de seguridad, todos estos vehículos cuentan con un conector de servicio, situado donde se aloja el pack, que anula el intercambio de energía de la batería de alta tensión hacia el resto del vehículo. La manipulación se realizará con guantes aislantes de goma y zapatos aislantes. 6) Señalización del vehículo. Para impedir manipulaciones indebidas del vehículo o riesgos eléctricos por personal no cualificado del taller, el vehículo se ubicará en una zona delimitada y señalizada con los correspondientes avisos y advertencias de seguridad para personas ajenas al vehículo. 7) Inspección del pack de baterías. Inspección visual del pack de baterías en búsqueda de signos de daño físico o peligro de derrame. El daño físico incluye abolladuras, deformación interna de los módulos, ausencia o pérdida de protecciones, daños en los cables/conexiones de alto voltaje incluyendo: cables expuestos, o cables con signos de provocar posible arco eléctrico o incendio. En caso de duda sobre el estado del pack la batería, siempre suponer la peor opción, tratándola como si estuviese defectuosa. Durante la inspección y desmontaje del pack de baterías del coche, éste no debe ser manipulado de ninguna forma excepcional a la citada y a la estrictamente necesaria para su desconexión del vehículo. No debe ser desmontado ni expuesto a ninguna acción que pueda provocar un arco eléctrico, explosión o derrame del electrolito. 8) Precauciones de seguridad. Además del empleo de las EPI s mencionadas anteriormente, se tendrá en cuenta lo siguiente: - Incendio: para los equipos de extinción se recomienda usar EPI s completos con guantes de latex o nitrilo bajo los guantes de trabajo. El uso de equipos de respiración autónomos (ERA) es fundamental, ya que en estos casos, las baterías de alta tensión contienen electrolitos (habitualmente Hexafluorofosfato de litio, LiPF6) que con las altas Página 28 de 63
29 temperaturas liberan compuestos como: ácido fluorhídrico, hidróxidos de sodio y potasio, etc., que son altamente perjudiciales para la salud. Además, si el incedio se localiza en la zona de las baterías de alta tensión, será necesario sofocarlo con extintores tipo D (Fuegos metálicos). - Derrames de la batería y primeros auxilios: el electrolito de las baterías de alto voltaje irrita la piel y los ojos. Si el electrólito se derramara, sería necesario retener la fuga con un paño absorbente, protengiendo las manos con guantes aislantes de látex, casco con visera y/o gafas de seguridad. Ante el contacto con la piel será necesario quitarse la ropa contaminada y lavar el área afectada con agua y jabón durante 20 minutos. Si el contacto ha sido con los ojos, habrá que lavarlos durante 15 minutos con agua. Solicitar urgentemente atención médica. 9) Identificación del pack de baterías. Una vez comprobado el estado de la batería, el taller ha de solicitar su transporte a la empresa responsable contratada por la marca. La solicitud irá acompñada de su código de fabricación y/o número de serie (Figura 8). Figura 8. Ejemplo de códigos de batería de Panasonic EV Energy para Toyota (Fuente: INDUMETAL) 10) Preparación de la batería para su expedición. La batería correctamente identificada se prepara para su envío siguiendo el siguiente procedimiento: a) utilizar el embalaje original de la batería si está disponible (Figura 9). Página 29 de 63
30 b) en caso de que no lo esté, paletizar el pack: colocarlo sobre palet, embalar con plástico (no es obligatorio) y flejar con fleje resistente (p.ej.: acero) para asegurar su fijación. c) en el caso de que la batería esté dañada, ésta tendrá que ser transportada en un envase especial según normativa (Figura 9). Batería preparada para su Ejemplo de cubeta en la que expedición en su envase original transportar una batería dañada Figura 9. Expedición de baterías (Fuente: INDUMETAL) 6.3. Operaciones previas al tratamiento de las baterías: descarga de electricidad residual y descontaminación de substancias o elementos que requieran gestión especial. Una vez el pack llega a la planta de reciclado y antes de cualquier operación de tratamiento destinada a recuperar el contenido de las celdas, es necesario realizar un procedimiento de acondicionamiento que incluye la descarga de la batería y el posterior desensamblaje para la descontaminación de aquellos elementos diferentes a las celdas, como por ejemplo la carcasa (plástica o metálica) o los cables eléctricos. Procedimiento de acondicionamiento: Etapa Descripción 1 Revisión de ficha técnica del pack de baterías (cuando la tenga) 2 Identificación de características físicas generales 3 Inspección visual 4 Comprobación de sus parámetros eléctricos 5 Descarga 6 Desensamblaje y eliminación de impropios A continuación se describe cada una de las etapas en detalle: Página 30 de 63
31 1) Revisión de ficha técnica del pack de baterías (cuando la tenga): En el Anexo I se pueden ver dos ejemplos de fichas técnicas tipo de baterías dos baterías comerciales. 2) Identificación de las características físicas generales: Marca, procedencia y características físicas generales del pack de baterías. 3) Inspección visual de las mismas: Comprobación de ausencia de daños físicos o derrames del electrolito. 4) Comprobación de sus parámetros eléctricos: Estado del cableado de alta tensión, conexiones, tensión total del pack (voltios) y tensión individual de cada celda (voltios). En la Tabla 5 y Tabla 6 se muestra un ejemplo de la ficha de identificación de los dos modelos de baterías estudiados en las instalaciones de INDUMETAL. Tabla 5. Características de una batería NiMH de Nissan (Fuente: INDUMETAL) BATERÍA NiMH - NISSAN Localización en el vehículo Batería extraída para su estudio Página 31 de 63
32 Batería sin la carcasa metálica exterior Módulos formados cada uno por 6 pilas tamaño D Descripción: Pack de Batería (battery pack) NiMH de 144V de tensión. Capacidad: 6,5Ah. Configuración: 20 módulos de 7,2V Módulo: cada módulo consiste en 6 pilas tamaño D de 1,2V y 6,5 Ah. Página 32 de 63
33 Tabla 6. Características de una batería NiMH de Toyota (Fuente: INDUMETAL) BATERÍA NiMH - TOYOTA Localización en el vehículo Batería extraída para su estudio Batería sin la carcasa metálica exterior Unión de módulos de 7,2 V/unidad Descripción: Pack de Batería (battery pack) NiMH de 274 V de tensión. Capacidad: 6,5Ah. Configuración: 38 módulos de 7,2 V Peso total: 53,3 kg Suministrador: Panasonic Co EV Energy (Japón) 5) Descarga del pack de baterías: La descarga de la electricidad residual de la batería es imprescindible antes de cualquier proceso de reciclado. Tal y como se ha comentado a lo largo del informe, según la información suministrada por diferentes fabricantes de vehículos, se estima que la carga eléctrica residual de estas baterías puede rondar entre un 50-70% de su carga operativa. Y teniendo en cuenta que las tensiones que se manejan son cercanas a los 400 voltios, es importante ser conscientes de que, su inadecuada manipulación, podría causar graves lesiones e incluso la muerte. Página 33 de 63
34 El hecho de que la batería llega a las instalaciones de tratamiento cargada se ha comprobado con las baterías recibidas en INDUMETAL. Se han testeado las celdas individualmente así como el pack completo (Ver Figura 10) y en todos los casos se ha verificado que la batería está cargada y que tiene prácticamente el 80% de la tensión de origen. Testeo del pack de baterías Testeo de grupo de celdas Figura 10. Ejemplo de testeo del batería de NiMH (Fuente: INDUMETAL) A partir del conocimiento del residuo y la información bibliográfica disponible, se proponen distintos métodos para la descaga de los pack de baterías: a) Sumergir las baterías en agua saturada de sal normal. La sal se añade al agua para que ésta sea conductora de la electricidad. De esta forma se produce el paso de la corriente eléctrica de la batería al agua salada y se consigue su descarga con facilidad. b) Sumergir las baterías en un baño de Nitrógeno Líquido. Una batería con un peso de 11,5 kg necesita estar dos horas sumergida para bajar su reactividad hasta que pueda ser tratada. c) Descarga mediante resistencias óhmicas conectadas a motores o focos tipo automotriz. d) Descarga mediante conexión de la batería a un ciclador que la descargue. Según bibliografía y contactos realizados con empresas especializadas en seguridad industrial e instalaciones de alta y baja tensión, también puede uilizarse una combinación de métodos de descarga. Por ejemplo, en primer lugar las baterías se descargan conectándolas a resistencias y posteriormente, se sumergen en agua saturada en sal para neutralizar los productos químicos. Página 34 de 63
35 A nivel europeo, la empresa Umicore (Bélgica) es pionera en apostar por el reciclado de baterías recargables procedentes de vehículos eléctricos e híbridos, considerando no sólo baterías de NiCd o NiMH sino también las baterías de Li-ión y las de Litio polímero. La belga es la única empresa que cuenta con dos líneas de desensamblaje manuales específicas para baterías de vehículos híbridos o vehículos eléctricos, en Alemania y en Estados Unidos. El proceso de desensamblaje incluye las etapas de descarga y desmantelado de dichas baterías, etapas que han idustrializado en su planta de Hanau (Alemania). Ver imagen del proceso en Figura 11. Figura 11. Ejemplo de Centro de descarga y desmantelado de baterías recargables (Fuente: Umicore) Dada la importancia de la operación, el riesgo que conlleva, sobre todo con las baterías de Litio-ión, y la poca información práctica que hay al respecto, se considera un tema de gran interés como para abordarlo en profundidad y específicamente en una segunda fase del proyecto. El objetivo tendría que ser evaluar los distintos métodos de descarga existentes, la evolución del tiempo de descarga en función de: naturaleza de la batería, carga residual, temperatura, etc; determinar el método idóneo y proponer un proceso industrializable. 6) Desensamblaje del pack de baterías: Es una operación integramente manual que pretende separar las celdas de la carcasa principal que puede ser de metal o plástico, tornillería y cableado eléctrico. Esta operación es imprescindible para optimizar el proceso piro- Página 35 de 63
36 metalúrgico o hidro-metalúrgico posterior. La Tabla 7 recoge los principales elementos que integran el pack y que deben retirarse para la optimicación del proceso metalúrgico. Tabla 7. Ejemplo de fracciones de impropios que forman la batería (Fuente: INDUMETAL) Protección de PP expandido Refuerzo y uniones metálicas Refuerzo metálico y uniones plásticas Refuerzo plástico El destino de las fracciones metálicas es reciclado y el de las fracciones plásticas, valorización energética. Las celdas electroquímicas se gestionan para su reciclado y aprovechamiento de los metales de valor contenidos (por ejemplo: Cobalto, Níquel y Cobre) en empresas especializadas en hidrometalurgia o piro-metalurgia. Página 36 de 63
37 6.4. Procesos de reciclado de las celdas químicas. Tal y como se ha comentado en los apartados anteriores, las baterías tienen una composición química compleja. Cada una de ellas tiene su propia formulación y atendiendo a necesidades estratégicas y de mercado, su química está derivando hacia una mayor complejidad y un menor valor. Éste es el caso de las baterías de Li-ión y las nuevas formulaciones basadas en el Litio. En la actualidad los procesos de reciclado de pilas se dividen en dos tipos: los procesos piro-metalúrgicos, donde los metales se recuperan mediante hornos a alta temperatura, y los procesos hidro-metalúrgicos, donde los metales se recuperan por métodos químicos acuosos. La principal diferencia de ambos modelos es el objetivo de los mismos: mientras el piro-metalúrgico tiene como objetivo recuperar metales valiosos (como el Cobalto y el Níquel), el hidrometalúrgico tiene como objetivo recuperar Litio. Tal y como se explica en el Informe Fase I, actualmente la situación de mercado es clara: se venden más vehículos híbridos que eléctricos. Existe por tanto una mayor necesidad de reciclar baterías de NiMH. Por esta razón el proceso piro-metalúrgico tiene ventaja sobre el hidro-metalúrgico, pues está preparado para reciclar tanto baterías Litio-ión como de NiMH de forma conjunta, aprovechando las economías de escala y rentabilizando el proceso a partir del Cobalto y el Níquel obtenido, pues el precio de estos metales es alto. A pesar de esto, las tendencias del mercado apuntan hacia la evolución del mismo y el aumento de la cuota de mercado de baterías de Litio-ión en el sector de los vehículos eléctricos (Ver Informe Fase I). Así, la rentabilidad del proceso, en términos de costes de operación e ingresos, dependerá en cierta medida de la evolución del mercado y del precio del Litio. A muy largo plazo será interesante económicamente recuperar Litio y de no ser así, puede que a nivel estratégico a los Gobiernos europeos les interese subvencionar el desarrollo para garantizar un suministro que puede convertirse en estratégico, de igual forma que lo ha hecho el Departamento de Energía de los Estados Unidos. Página 37 de 63
38 Proceso Piro-metalúrgico Este proceso surge a raíz del intenso crecimiento que ha tenido lugar durante los últimos años la venta de baterías de Litio-ión y NiMH en diversos dispositivos electrónicos portátiles y cada vez más en vehículos eléctricos. En este contexto, este proceso es una solución de reciclado para todas estas baterías, que al alcanzar el final de su vida útil suponen un problema pero también una oportunidad de negocio. El objetivo de este proceso es la recuperación del cobalto contenido en las baterías Litio-ión y el Níquel contenido en las baterías de NiMH, ambos tienen un estimable valor de mercado, por lo que el grado o porcentaje de recuperación de los mismos son claves en la viabilidad económica del proceso. Una vez la batería está descargada, el proceso de reciclado piro-metalúrgico cuenta con las siguientes etapas: 1. Fundido y valorización energética. 2. Refinado y purificado de metales. 3. Oxidación del cloruro de cobalto a óxido de cobalto. 4. Producción de óxido de litio metálico para nuevas baterías. La Figura 12 muestra el diagrama de flujo del proceso y a continuación, se explica el detalle de estas etapas principales: Fase 1. Fundido y valorización energética: En esta fase, las baterías con su carcasa de plástico se introducen en un horno para evaporar el electrolito y fundir todos los metales. En el proceso se recupera toda la capacidad calorífica de los plásticos contenidos. Se utiliza el grafito del electrodo como agente reductor en la zona de reacción del horno para reducir todos los óxidos de metales a su forma metálica. Un control muy preciso de este paso resulta fundamental para mantener la seguridad y evitar grandes riesgos de fugas al aire de compuestos orgánicos volátiles (Dioxinas, Furanos, etc.). Para cuestiones relacionadas con el control del riesgo y la seguridad del proceso, un control muy estricto de la temperatura es fundamental: las baterías son productos sellados que contienen un electrolito por lo que su presión Página 38 de 63
39 interna puede aumentar si el tiempo no es suficiente para permitir la salida del gas formado. Si esto ocurre (el tiempo no es suficiente y aumenta la presión demasiado), los riesgos de explosión son potencialmente altos. Por otro lado, la instalación de tratamiento de gases es un equipo clave del proceso global por varios motivos: - En primer lugar, las baterías contienen plásticos, polímeros y otras sustancias que contienen halógenos. Cuando se exponen de manera conjunta materiales orgánicos y halógenos a altas temperaturas, se produce la recombinación de estos elementos dando lugar a Dioxinas y Furanos. Para deshacerse de las dioxinas, el método más extendido es añadir filtros eficientes en las instalaciones de tratamiento de gases. Sin embargo, algunos procesos el concepto es totalmente diferente y, en lugar de deshacerse de las dioxinas, simplemente evitan que se formen. - Para la formación de dioxinas, se deben cumplir unas condiciones concretas: debe haber cadenas orgánicas que permanezcan intactas, halógenos y un tiempo sustancial de permanencia a una temperatura por debajo de 900 ºC y por encima de los 400 ºC. Para solucionar el problema se ha añadido una antorcha de plasma después del horno para incrementar los gases de salida a una temperatura por encima de los 1.200º C y mantener el gas bajo condiciones reductoras. A esta temperatura, todos los enlaces orgánicos se rompen: este es el llamado syngas (gas de síntesis). Debido a las condiciones reductoras, los halógenos se encuentran en su forma reducida (HBr, HCl), mucho más estable que la forma molecular (Cl 2, Br 2 ). Después, la temperatura del syngas es reducida instantáneamente de 1.250ºC a menos de 350ºC, por lo que las cadenas carbonadas no tienen tiempo para re-combinarse, y por encima de todo, no se pueden unir carbonos y halógenos. De esta forma, no tiene lugar la formación de dioxinas. Es decir, esta fase se aprovecha el valor energético de todos los plásticos presentes. Además, los metales son fundidos formando una aleación metáñica que es el input principal de la siguiente etapa. Este producto es usado como aditivo en la industria del cemento y del acero. No se forman dioxinas y todos los gases metálicos que potencialmente pueden formarse son recogidos en la instalación de tratamiento de gases (Cd si hay baterías de NiCd, Zinc si hay pilas primarias, etc.). Fase 2. Refinado purificación de metales: Página 39 de 63
40 Esta etapa se trata de un proceso hidro-metalúrgico en el que la aleación producida en la fase 1 (que contienen metales como Cobalto, Níquel, Cobre y Hierro) es lixiviada en ácido sulfúrico. Después de muchas disoluciones y tras ajustar el ph de la disolución, se puede conseguir la separación de los metales principales y se obtiene una disolución de NiSO 4 y una de CoCl 2. La disolución de NiSO 4 es re-purificada mediante la extracción del disolvente y se produce la formación de cristales de NiSO 4. Estos cristales se pueden transformar en componentes esféricos de Ni(OH) 2 para su aplicación potencial en baterías secundarias. La disolución de CoCl 2 es también re-purificada en una nueva extracción de disolvente para producir una disolución pura de CoCl 2 que es enviada a la siguiente fase. Fase 3. Oxidación: El CoCl 2 es oxidado en un horno dedicado exclusivamente a este propósito. El control estricto de los parámetros del proceso permite la obtención de un óxido de cobalto de gran calidad, requerido para la obtención de un compuesto que también contiene Litio. El LiCoO 2 (producto final) es utilizado en la fabricación de nuevas baterías de Li-Ión o Li-polímero como material para el cátodo. Página 40 de 63
41 Figura 12. Diagrama de flujo del proceso Piro-metalúrgico. Página 41 de 63
42 Proceso Hidro-metalúrgico Este proceso tiene como objetivo la recuperación del Litio de las baterías fuera de uso. Ver diagrama de flujo del proceso en la Figura 13. La recuperación de Litio es problemática no solo debido a la inestabilidad y toxicidad del metal por sí mismo, sino también por la reactividad, capacidad de corrosión y la toxicidad de varios subproductos (desencadenados por el litio) y compuestos intermedios que pueden formarse durante el proceso de reciclado. Además, la potencial contaminación del Litio por ciertas sustancias durante el proceso puede ser determinante de cara a la obtención final de un litio suficientemente puro, haciendo el proceso viable o no viable desde el punto de vista económico. Con el objetivo de consumir la mayor parte de los componentes reactivos, y por lo tanto, reducir el riesgo asociado al proceso; las baterías son descargadas de su carga remanente. Alternativamente, o adicionalmente a esto un enfriamiento criogénico reduce la temperatura de la batería y por lo tanto disminuye la reactividad de varias sustancias a una pequeña fracción de su reactividad a temperatura ambiente. Este proceso permite el desmantelamiento y la trituración sean alcanzados sin riesgo de explosión u otros efectos adversos. La reacción del Litio y sus compuestos con H 2 O, provoca la formación de sales que retiradas de forma segura, y que pueden ser vendidas a usuarios de Llitio, incluidos por ejemplo, los fabricantes de baterías. Al reaccionar componentes que contengan Litio, que dan lugar una gran diversidad de sales, es fundamental conseguir mantener un ph alto, con el objetivo de evitar la formación de H 2 S, altamente tóxico. Normalmente, esto se consigue mediante la adición de NaOH a la solución, aunque la concentración de sodio debe estar estrictamente controlada (a fin de mantenerla baja) para evitar la contaminación de sodio en las lamas de litio. El sodio es especialmente difícil de eliminar y excesivos niveles de contaminación de esta sustancia equivale a no hacer rentable el proceso de recuperación de Litio. Una gran variedad de sales de Litio se forman en los tanques de reacción dependiendo de la tecnología química de la batería, como: LiCl, LiCO 3 y LiSO 3 ; entre otras. La concentración de estas sales aumenta a medida que la disolución se satura hasta que las sales precipitan. Página 42 de 63
43 Las sales precipitadas son bombeadas periódicamente hacia un tanque de sedimentación donde son extraídas de forma periódica y son procesadas en un filtroprensa. El output de este proceso es una disolución concentrada en sal con un contenido en humedad en torno al 28 por ciento. Con el objetivo de purificar las sales, y en particular, para eliminar los no deseados sulfuros, el concentrado obtenido anteriormente es situado en un electrolito celular híbrido conteniendo ácido sulfúrico disuelto. Los disolventes separan los iones Li + de los diversos aniones, incluido el SO 3. Los iones de Li + pasan a través una membrana en la que los aniones son repelidos. En el lado básico, se forma LiOH, el cual es utilizado para ajustar el ph en los tanques de reacción. El LiOH es posteriormente deshidratado o convertido en LiCO 3 mediante la adición de CO 2, donde el CO 2 es burbujeado a la disolución. El LiOH o el LiCO 3 son finalmente secados en un secador térmico y empaquetados para su comercialización. La eficiencia del proceso de recuperación de iones de litio es de aproximadamente el 97%. El Litio recuperado es útil para ser utilizado en una amplia gama de aplicaciones. Página 43 de 63
44 Figura 13. Diagrama de flujo del proceso Hidro-metalúrgico Empresas recicladoras de baterias de HEV / EV a nivel mundial. A continuación se describen brevemente las principales empresas recicladoras existentes en la actualidad a nivel mundial para el reciclado de baterías de vehículos eléctricos o híbridos. En España no existen empresas que cuenten con este tipo de procesos. 1) Toxco Inc. Empresa de origen Canadiense localizada desde 1992 en Trail, Columbia Británica y cuya misión corporativa es la de reciclar todo tipo de pilas y baterías, ya sea primaria o secundaria. Desarrolla su actividad en América del Norte (tanto en Canadá como en EE.UU). Página 44 de 63

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