Cómo rediseñar la tecnología de energía limpia para el reciclaje

Empresas como Apple y Samsung no son las únicas que fabrican dispositivos de alta tecnología que son difíciles de desarmar y reciclar. También lo son los fabricantes de tecnologías críticas de energía limpia, como paneles solares, turbinas eólicas y baterías de vehículos eléctricos (EV), y a diferencia de la industria de tecnología de consumo, que es despacio a partir de para revertir algunas de sus prácticas de diseño insostenibles, no se está haciendo mucho al respecto.

Las baterías, los paneles solares y las turbinas eólicas son herramientas esenciales para combatir el cambio climático. Sin embargo, estas tecnologías requieren una cantidad considerable de energía y recursos para fabricarse, y la mejor manera de garantizar que podamos seguir fabricándolas de manera sostenible es reciclar esos recursos al final de su vida útil. Pero hoy en día, el reciclaje de energía limpia está limitado por opciones de diseño que dificultan el desmontaje, incluido el uso generalizado de adhesivos ultrarresistentes. Eso podría cambiar, dicen los expertos, si las empresas que fabrican baterías de gran tamaño para vehículos eléctricos e imanes de tierras raras para turbinas eólicas cambiaran a nuevos adhesivos que se puedan «desenlazar» usando luz, calor, campos magnéticos y más, o hacia adhesivos sin pegamento. diseños

“El diseño para el reciclaje aún no ha llegado a ese mercado”, dice andy abbott, profesor de química en la Universidad de Leicester, quien recientemente fue coautor de un documento de revisión sobre adhesivos desligables y su uso potencial en energía limpia.

En cambio, dice Abbott, los fabricantes tienden a «diseñar en exceso» sus productos para garantizar la seguridad y la durabilidad. Por ejemplo, las baterías de los vehículos eléctricos, que se componen de decenas a miles de celdas individuales selladas herméticamente pegadas entre sí dentro de módulos y paquetes. Si bien el uso intensivo de adhesivos ayuda a garantizar que las baterías no se deshagan en el camino, puede hacerlas increíblemente difíciles de desarmar para reutilizar celdas individuales o reciclar metales críticos como litio, cobalto y níquel.

“En este momento, debido a que todo está unido, muchas baterías terminan destruyéndose”, coautor del estudio. gavin harper, un experto en reciclaje de baterías EV de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido, dice el borde. “El material se mezcla, lo que hace que los pasos posteriores en el proceso de reciclaje sean más complicados”.

Los paneles solares y las turbinas eólicas también están diseñados para ser duraderos, lo que hace que el reciclaje sea un desafío. La mayoría de los paneles solares están compuestos por celdas de silicio recubiertas con capas de selladores de polímeros que unen las celdas a cubiertas de plástico y vidrio resistentes a la intemperie. Si bien este diseño de sándwich electrónico significa que los paneles pueden pasar décadas en un techo expuestos a los elementos, los adhesivos y selladores utilizados en todo el panel dificultan la separación limpia de los componentes al final de su vida útil. Mientras tanto, los imanes de tierras raras dentro de los generadores de turbinas eólicas están recubiertos con resinas y pegamentos que pueden crear una contaminación significativa para cualquiera que busque recuperar y reutilizar el material. Un solo aerogenerador puede contener cientos de libras de elementos de tierras raras, y la demanda de estos metales es listo para dispararse a medida que el mundo construye más vehículos eléctricos y más turbinas.

Abbott dice que los fabricantes apenas comienzan a darse cuenta de que la recuperación de los materiales críticos dentro de las tecnologías de energía limpia es importante para apuntalar los suministros a largo plazo, y que se necesitan nuevos enfoques de diseño para facilitar eso. “Realmente, solo en los últimos 18 meses, esa conversación ha comenzado a levantar cabeza”, dice.

El nuevo artículo de Abbott y Harper establece una serie de caminos potenciales hacia un sector de tecnología limpia más reciclable. Si bien es poco probable que los fabricantes de energía solar eliminen los adhesivos en el corto plazo, los autores sugieren que los fabricantes podrían avanzar hacia materiales adhesivos y selladores que se puedan despegar con productos químicos, campos magnéticos o incluso un pulso sónico de alta frecuencia. Para los imanes de turbinas eólicas, un adhesivo que pierde su pegajosidad en presencia de un fuerte campo magnético no funcionará, pero podría ser viable uno que pueda derretirse con calor o despegarse cuando se expone a la luz ultravioleta.

Los diseños que usan menos adhesivos podrían ayudar a mejorar enormemente el reciclaje de baterías de vehículos eléctricos. Si las baterías fueran más fáciles de desarmar hasta las celdas individuales, Harper dice que podría facilitar la recuperación de materiales críticos dentro del cátodo, incluido el litio, que rara vez se recicla en la actualidad. Y al menos una empresa ya está comercializando un diseño de batería sin adhesivo: en 2020, el fabricante chino de baterías BYD anunció un nuevo “Batería de hoja”, que presenta células largas y delgadas que clip en el paquete de batería principal sin el uso de pegamento. “En términos de desmontaje, es trivial”, dice Abbott. “Las células simplemente se cortan”.

Para los fabricantes de baterías de vehículos eléctricos que no quieren deshacerse de los diseños a base de pegamento, existe «una gran cantidad de métodos» que podrían conducir a un adhesivo más despegable, dice Jenny Baker, experta en almacenamiento de baterías de la Universidad de Swansea en el Reino Unido. El desafío, en su opinión, será desarrollar adhesivos que se puedan despegar rápidamente, en un proceso que se pueda hacer a escala industrial.

“La cuestión ahora es tomar parte de la ciencia e intentar moverla hacia el lado de la ingeniería para que podamos prepararla para un reciclaje realmente a gran escala porque sabemos que van a llegar muchas de estas baterías”, Baker. dice. Residencia en crecimiento proyectado En los mercados de vehículos eléctricos y almacenamiento de energía, Harper ha estimado que para 2040, podría haber alrededor de 8 millones de toneladas métricas de desechos de baterías que necesitan reciclarse en todo el mundo. A cantidad similar de desechos electrónicos solares podría inundar las plantas de reciclaje para 2030.

Para convencer a los fabricantes (y consumidores) de que adopten adhesivos más fáciles de reciclar y diseños sin adhesivos, Baker dice que necesitarán garantías de que las alternativas no comprometan la durabilidad o la vida útil del producto, que en el sector de la tecnología limpia a menudo se mide en décadas. Ella sospecha que muchos diseños nuevos tendrán que ser «probados en la práctica» en productos con una vida útil más corta donde la falla prematura es «menor riesgo».

Eso podría incluir los mercados de tecnología de consumo, donde las empresas orientadas a la sostenibilidad como Framework y Fairphone ya están lanzando computadoras portátiles y teléfonos modulares y sin adhesivos destinados a desmontarse fácilmente. Incluso titanes de la industria como Apple y Dell han anunciado recientemente metas ambiciosas y conceptos de productos centrados en la reciclabilidad. Abbott ya ha tenido conversaciones preliminares con un fabricante de teléfonos sobre pegamentos que pueden despegar una pantalla mucho más fácilmente, aunque dice que la compañía aún no ha adoptado la idea.

En última instancia, los fabricantes pueden verse obligados a superar su renuencia a modificar los diseños de productos para el reciclaje si los legisladores comienzan a exigirlo o si el mundo enfrenta escasez de los metales y minerales necesarios para construir estas tecnologías. Como la transición de energía limpia provoca Aumenta la demanda de metales de alta tecnología, Baker dice que las empresas van a tener que empezar a ser más creativas acerca de dónde se abastecen.

“Si puedes conseguir [a resource] pero es un precio realmente alto, eso es malo, pero puedes pasar el precio al consumidor”, dice Baker. “Si no puede obtenerlo en absoluto, no tiene negocio”.