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Un equipo de investigadores del Instituto de Energía Sostenible Ralph O’Connor de la Universidad Johns Hopkins (Baltimore, Maryland, EE.UU),ha desarrollado una nueva metodología basada en la innovación que pretende optimizar el reciclaje de varios componentes críticos.
El estudio fue publicado en el journal científico Science Advances y propone el uso de ácido tartárico, una sustancia presente de forma natural en las uvas, como principal componente químico para extraer metales de alto valor de las baterías de forma más limpia.
Al emplear este compuesto orgánico, los expertos lograron superar con éxito las limitaciones técnicas que presentan los métodos tradicionales de separación química. La investigación busca también reducir el impacto ambiental y la dependencia de las importaciones de metales estratégicos.
Los científicos descubrieron que el ácido tartárico puede modificar el comportamiento químico de los iones de cobalto y níquel durante un proceso denominado electroobtención. Según explican los investigadores del citado estudio de la Universidad Johns Hopkins, este compuesto derivado de las uvas facilita la formación de un complejo dinuclear único gracias a sus dos grupos hidroxilo.
Esta estructura permite aumentar la diferencia de potencial entre ambos metales, lo que hace posible que el cobalto se deposite de forma selectiva en un electrodo mientras el níquel permanece en la solución. Esta técnica basada en la electroquímica permite reciclar componentes incluso en concentraciones muy diluidas, algo que sucede a menudo en la denominada minería urbana.
A diferencia de la extracción por solventes convencional, que requiere enormes inventarios de productos químicos y resulta poco eficiente con residuos complejos, este método con bioácidos ofrece una pureza del cobalto del 99,1% en pruebas de laboratorio. Además, el sistema permite la recuperación posterior de níquel y dióxido de manganeso con rendimientos cercanos al 100%.
Actualmente, la separación de componentes en la minería y el reciclaje depende de la extracción por solventes. Este proceso utiliza grandes volúmenes de agentes químicos orgánicos que resultan caros y agresivos con el entorno.
Yayuan Liu, profesora en la Johns Hopkins y líder del proyecto, señala que "el acceso a grandes cantidades de ambos metales es fundamental para la transición a las energías limpias". Sin embargo, los métodos actuales flaquean cuando los residuos contienen impurezas de litio, manganeso o sodio.
La electroobtención mediada por el ácido de las uvas se presenta como una alternativa más verde. Al introducir bioácidos (es decir, ácidos orgánicos producidos mediante fermentación microbiana) en el flujo de trabajo, el equipo descubrió que la separación de metales se volvía mucho más sencilla. El diseño del proceso utiliza la electricidad como fuerza impulsora en lugar de reactivos especializados, lo que también abarata el proceso.
Los análisis económicos incluidos en la investigación apuntan a la viabilidad de este sistema, ya que el coste de separación tradicional se sitúa en torno a los 0,706 dólares por gramo de cobalto, mientras que el método desarrollado por Yayuan Liu y Tianchen Li reduce esta cifra a 0,042 dólares.
La rentabilidad del proceso es tal que los investigadores calculan que, tras recuperar cobalto, níquel y manganeso, el beneficio neto podría alcanzar los 33,68 dólares por kilo de cobalto si se suma el litio.
Más allá de lo financiero, la evaluación del ciclo de vida muestra un impacto ambiental positivo con una reducción del 94,7% en efectos respiratorios y un 88,2% en el agotamiento de combustibles fósiles. Se trata de un sistema de economía circular, ya que permite que el proceso recupere el 70% del ácido tartárico utilizado, el cual puede reintroducirse en el sistema de reciclaje.
Lo que sigue ahora para el equipo del Instituto de Energía Sostenible Ralph O’Connor es escalar esta tecnología para aplicar el sistema a flujos de residuos reales.
"Estamos avanzando hacia sistemas a mayor escala y materiales de desecho más complejos", afirmó Yayuan Liu. "Nuestro objetivo es demostrar que esta tecnología puede funcionar en escenarios de reciclaje realistas".
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