Níquel y contaminación

Níquel y contaminación

 El níquel es un material de vital importancia en la fabricación y composición de un tipo determinado de cátodo para  baterías de litio para los vehículos eléctricos. La mayor demanda mundial de este material está protagonizada por la industria del acero inoxidable, la cual consume un total del 70% del mercado actual frente al apenas 10% de la industria de baterías. El aumento de la demanda de este material para la fabricación de baterías hará que se supere la oferta del mismo, algo que se asigna directamente al aumento de la producción de vehículos eléctricos.

 ¿Qué es el níquel?

El níquel es un elemento químico metálico, ubicado en el grupo 10 de la Tabla Periódica y representado por el símbolo Ni. Su número atómico es 28 y forma parte de los llamados “metales de transición”, como el zinc, el cadmio o el mercurio.

El níquel posee cinco isótopos en la naturaleza, y es el más liviano (58Ni) y también el más abundante (68 %), y dieciocho isótopos radiactivos, de los que el 59Ni  es el que tiene mayor período de semidesintegración (76.000 años).

El níquel fue conocido por la humanidad desde el siglo IV a. C. Se sabe que su descubrimiento fue simultáneo al del cobre, dado que es frecuente hallarlo en los minerales en los que abunda este último metal.

 El níquel fue despreciado durante mucho tiempo, apodado “falso cobre” y tenido por un metal inútil o poco valioso. Aunque no se trate ciertamente de un metal precioso, sí es uno de los más demandados en la industria para la fabricación de monedas y como material para aleaciones con hierro, plata y otros metales. Por otro lado, es fundamental para el metabolismo microbiano, ya que el 87 % de las hidrogenasas (enzimas dedicadas a la oxidación del hidrógeno en los microbios) contienen altos porcentajes de níquel como componente activo. Es un buen conductor de la electricidad y del calor, ferromagnético a temperatura ambiente. Dado que es sumamente dúctil y maleable, se lamina, pule y forja con suma facilidad.

 

Obtención del níquel

En general el tratamiento de níquel se basa en tratar los sulfuros de níquel mediante una tostación al aire para obtener el NiO. Este se reduce con carbón para obtener níquel metálico. La purificación del níquel se procede mediante el monóxido de carbono que se combina con el níquel impuro a 50ºC y presión atmosférica o con la mezcla de níquel y cobre, en condiciones más complejas, obteniéndose el Ni(CO)4, que es volátil. Por descomposición térmica a 200ºC se recupera el níquel puro con una elevada pureza.

 

Problemática del proceso industrial

La obtención del níquel metálico está evidenciando problemas ambientales o sociales para las zonas de explotación.

 Por ejemplo, Indonesia ya conoce las consecuencias de liderar la producción del níquel, porque  ha duplicado su consumo de carbón para su proceso industrial. El caso es que  esta industria de obtención del níquel requiere de mucha energía para funcionar. Y  la solución más directa es quemar carbón para conseguirla. Porque Indonesia dispone de grandes cantidades de níquel, pero no de una extensa red para producir energía renovable. Un 60% más de carbón quemado de un año a otro. 

Es un porcentaje enorme para un país que ya estaba entre los que más carbón quemaba. Si en 2021 se consumió unos 763 TWh, en 2022 se aumentó hasta los 1.216 TWh, según datos del Instituto de Energía Mundial.

En 2017, Indonesia producía el 5% del tipo de níquel que se usa en baterías para vehículos eléctricos; en 2022, el 50%, y se anticipa que en 2027 produzca el 80% del mismo.

 

Atenuación del uso del níquel para baterías

La anticipación de esta posible futura evolución del consumo ya fue adelantada por Bloomberg New Energy Finance durante el pasado año 2019, cuando publicaron un informe donde hacía mención al importante crecimiento en la demanda de este material, el cual se esperaba que se multiplicase hasta 16 veces para el año 2030, siendo responsable de más de la mitad de esa demanda, los propios fabricantes de coches eléctricos. 

Baterías compuestas por materiales o combinaciones químicas alternativas como el LFP (fosfato de hierro y litio) o los iones de sodio ayudan para la disminución del uso del níquel. Marcas como BYD ya se han sabido adelantar a este futuro acontecimiento y ha confirmado que ninguna de las baterías de sus modelos eléctricos utilizan níquel. Otro conocido modelo preocupado por eliminar un alto porcentaje de esta materia prima de la composición de su almacenaje energético es el Tesla Model 3, alcanzando niveles nunca antes vistos en un modelo de producción en serie.

Las baterías que utilizan celdas con cátodos LFP son ligeramente menos densas energéticamente que las baterías, NCM (níquel, cobalto-manganeso) o NCA (níquel-cobalto-aluminio) que son las que se emplean habitualmente en la mayoría de los coches eléctricos. 

 Sin embargo, su ventaja radica en que son más baratas, más sencillas de empaquetar y no requieren el empleo de materiales escasos y caros como el cobalto o el níquel. Los cátodos de LFP están compuestos de hierro, fosfato, oxígeno y, a veces, una parte de manganeso. Precisan además sales de litio, separadores de polímeros, ánodos de grafito, colectores de corriente de cobre y aluminio y una carcasa de aluminio. Todos estos materiales son abundantes en la naturaleza, y la mayoría se extraen extensamente a volúmenes relativamente altos en comparación con las necesidades actuales y futuras de los vehículos eléctricos. Además hay que tener en cuenta  que estos componentes son reciclables en diferentes grados.

 

 

Ricardo Berizzo

Ingeniero  Eléctricista                                                                          2023.-