El reto de la economía circular en el futuro de la movilidad eléctrica y su sinergia con la industria 4.0

Por Julio Diaz Cohen/ Experto en Energía

La adopción de vehículos eléctricos (VE) está desempeñando un papel clave en la descarbonización del sector transporte, especialmente en el segmento de los vehículos ligeros. Pese a requerir menos materias primas y tener una menor huella de carbono global respecto a los vehículos de combustión, su previsible masificación está impulsando la necesidad de abordar los desafíos de la economía circular en esta industria en rápido desarrollo.

Si bien los VE ofrecen ventajas significativas en términos de reducción de emisiones y dependencia de combustibles fósiles, también presentan desafíos en relación con la sostenibilidad de sus componentes (electrónicos, plásticos y textiles) y baterías.

Un vehículo eléctrico tiene hasta cuatro veces más cobre que uno de combustión. Las baterías eléctricas están hechas de metales y minerales como el litio, cobalto, manganeso, grafeno, silicio, cobre, níquel y aluminio.

Uno de los principales retos de la economía circular en los vehículos eléctricos es el manejo adecuado de las baterías. Las baterías de iones de litio utilizadas en los VE contienen materiales valiosos, como el litio, el cobalto y el níquel. Sin embargo, también contienen materiales potencialmente tóxicos y contaminantes que requieren una gestión adecuada al final de su vida útil. Para lograr una economía circular efectiva, es fundamental desarrollar sistemas de reciclaje y reutilización eficientes para estas baterías.

El reciclaje de baterías de VE es un proceso complejo debido a la diversidad de diseños y químicas utilizadas. Además, la logística y la infraestructura necesarias para recolectar, transportar y reciclar estas baterías deben desarrollarse y optimizarse. Aunque existen avances significativos en la tecnología de reciclaje de baterías, todavía hay desafíos en términos de costos, eficiencia y la necesidad de regulaciones y estándares claros.

• La tecnología de reciclaje conocida como “Black Mass” está permitiendo recuperar metales valiosos de la masa negra que se produce cuando se reciclan las baterías de iones de litio. Esta masa negra es una mezcla de metales, como litio, cobalto, níquel y manganeso, que queda después de desmontar las baterías y eliminar el electrolito.
• El proceso de reciclado de la masa negra es una tecnología relativamente nueva, pero tiene el potencial de ser una herramienta clave en la recuperación de los metales valiosos de las baterías. Sin embargo, esta tecnología también plantea algunos problemas tales como: (1) El proceso puede consumir mucha energía; (2) El proceso puede producir residuos peligrosos.
• Actualmente hay varias plantas de este tipo en el mundo, las principales están situadas en Estados Unidos, Canadá, China y la Unión Europea.
• En marzo de 2023, el gobierno panameño anunció la firma de un memorando de entendimiento con American Manganese Inc. para desarrollar una planta de reciclaje de “black mass” en la zona del Canal de Panamá. Se estima que la planta tenga una capacidad de 1,000 toneladas al año y que esté operativa en 2024. Se dice que la tecnología a ser utilizada es capaz de recuperar el 99% de los metales valiosos de las baterías, incluidos el litio, el cobalto, el níquel y el manganeso.

Otro desafío importante es el diseño de los vehículos eléctricos en sí. Para fomentar la economía circular, los VE deben ser diseñados teniendo en cuenta la facilidad de reparación, el acceso a piezas de repuesto y la capacidad de actualizar y reacondicionar componentes. Esto requerirá un enfoque de diseño centrado en la durabilidad, la modularidad y la desmontabilidad de los vehículos, lo que permitirá extender su vida útil y reducir la generación de residuos.

Además de los desafíos técnicos, también es necesario abordar los aspectos económicos y regulatorios para promover la economía circular en los vehículos eléctricos. Esto implica establecer incentivos y políticas que fomenten la adopción de prácticas sostenibles, como esquemas de devolución y recompensa para las baterías usadas, acuerdos de responsabilidad ampliada del productor y la promoción de estándares y certificaciones que garanticen la trazabilidad y la gestión adecuada de los materiales.

A pesar de los retos, es importante destacar que la economía circular en los vehículos eléctricos también presenta oportunidades significativas. La recuperación y re-utilización de materiales valiosos de las baterías y otros componentes puede reducir la dependencia de la extracción de recursos naturales (“urban mining”), disminuir los costos de producción y promover un ciclo de vida más sostenible para los vehículos.

La Economía Circular y la Industria 4.0 en el Sector Automotriz

En los últimos años, en el sector automotriz se están implantando prácticas mejoradas de reutilización, intercambio, reparación, refabricación y reciclado que implican a cadenas de valor enteras. Estas prácticas se están beneficiando de las tecnologías de la Industria 4.0 y del entorno hiperconectado actual, que permiten una mayor eficiencia y transparencia en la cadena de suministro.

A través del uso de tecnologías de monitoreo y trazabilidad de la cadena de suministro como tecnologías de sensores, IIoT y “Blockchains” se esta certificando el origen exacto del material utilizado, y garantizando que se obtiene de forma ética. También se está facilitando una mayor transparencia en toda la cadena de suministro, lo que permite a los fabricantes y mineros urbanos establecer el estándar de las prácticas laborales que esperan que sigan sus proveedores.

Los avances en la tecnología de clasificación de materiales como la Inteligencia Artificial están permitiendo la re-utilización de residuos de forma más efectiva y eficiente, permitiendo la reducción del costo del material reciclado sobre el de los materiales vírgenes, sin comprometer la calidad. 

A través del uso de analítica avanzada de datos, aprendizaje automático y sistemas de gestión, se esta apuntando a prolongar la vida útil de los vehículos y sus componentes principales. Se espera que los mantenimientos predictivos puedan generar importantes ahorros en costos.

El uso de “Digital Twin” esta permitiendo acelerar los procesos de desarrollo de los vehículos eléctricos, permitiendo a los fabricantes validar componentes y opciones de arquitectura actuando sobre los datos capturados sobre un modelo virtual. Esto esta contribuyendo a optimizar la ingeniería de los vehículos, y minimizar la generación de desechos y uso de energía en los procesos.

Caso de Estudio: Grupo Renault

El Grupo Renault ha sido un referente en la implementación de la economía circular en la industria automotriz. Durante más de 30 años, Renault ha equipado sus vehículos con plásticos reciclados y ha reutilizado y acondicionado piezas mecánicas usadas para su venta con descuentos significativos de hasta un 40% respecto a su valor nuevo. Esto les ha permitido ahorros de hasta un 80% en la utilización de agua, energía y productos químicos, reduciendo su requerimiento de materia prima e impacto al ambiente.al.

Desde hace más de 10 años, su división “Renault Environment” se ha dedicado a la implementación de los procedimientos de la economía circular, dándole una segunda vida a las piezas y materiales recolectados de los vehículos al final de sus vidas. Este modelo de económica circular esta siendo un referente en la Industria de la Automoción.

En el caso de Renault, se destacan cuatro elementos fundamentales en su modelo de economía circular:

1. En primer lugar, se encuentra la reutilización y reacondicionamiento de partes, impulsado por INDRA, el principal reciclador de automóviles de Francia, en el que Renault tiene una participación del 50%. Este circuito permite a la red de posventa de Renault acceder a un catálogo en línea con cientos de miles de piezas listas para su reutilización, ofreciendo reparaciones de calidad a costos reducidos y con un bajo impacto ambiental. En el caso de las baterías, aquellas defectuosas o dañadas se envían a la fábrica, se reparan y luego se almacenan para abastecer a la red de posventa.
2. En segundo lugar, Renault apuesta por el modelo de vehículos eléctricos compartidos a través de sus filiales Renault Mobility y Zity. El uso compartido de vehículos en autoservicio optimiza la tasa de utilización de los vehículos y brinda a los usuarios una forma flexible y asequible de desplazarse, contribuyendo a reducir la congestión en las carreteras y mejorar la calidad del aire. En la actualidad, los vehículos eléctricos del grupo son los más extendidos en Europa, con una flota superior a 8,000 coches compartidos en la carretera, la mayoría de los cuales son ZOE.
3. En tercer lugar, Renault busca dar una segunda vida a las baterías de vehículos eléctricos usados. Aquellas baterías cuya capacidad de carga se ha vuelto demasiado baja para uso automotriz pueden tener una segunda vida en aplicaciones móviles o sistemas de almacenamiento de energía, extendiendo su utilidad durante aproximadamente 10 años adicionales. Carwatt utiliza estas baterías para la conversión de vehículos de combustión (en su mayoría equipos industriales como carros de equipaje de aeropuerto) en vehículos eléctricos.
4. En cuarto lugar, Renault se enfoca en el reciclaje de materiales. Los materiales de vehículos desechados se reciclan y se incorporan a la producción de nuevos vehículos (circuito cerrado) o a otras industrias (circuito abierto). Renault utiliza materiales reciclados de otras industrias en la producción de vehículos nuevos y ha desarrollado asociaciones para el reciclaje de polipropileno y cobre, entre otros materiales relevantes.

Por ejemplo, Renault, a través de su filial Gaïa, utiliza la red INDRA para recuperar materiales como parachoques de vehículos desguazados, que se muelen en granulados y se utilizan para producir nuevas piezas (molduras interiores o accesorios externos, por ejemplo) para motores de combustión o vehículos eléctricos. Además, Renault ha trabajado con socios como “Les Filatures du Parc” y “Adient Fabrics France” para desarrollar un tejido innovador hecho completamente con materiales reciclados, que se utiliza en la fabricación de vehículos como el New ZOE. Este proceso de fabricación de circuito cerrado tiene una huella de carbono un 60% menor que el proceso de fabricación estándar. Cada nuevo ZOE contiene 22.5 kg de plástico reciclado.

Renault también se está comprometiendo con el reciclaje de desechos de fábrica, como los recortes de lona, que se recuperan para fabricar cinturones de seguridad. Además, la compañía recicla el cobre del cableado eléctrico de los vehículos desguazados, utilizando parte de él en la producción de nuevas piezas y enviando el resto a fundiciones de cobre para su uso en la industria automotriz y otros fines.

En el caso de las baterías de vehículos eléctricos, Renault se involucra en un proceso de reciclaje en el que más del 60% de sus materiales son recolectados y reutilizados. Se reciclan más del 80% de elementos como el cobalto, cobre y níquel presentes en estas baterías.

Como parte de su compromiso con la economía circular, Renault también lleva a cabo programas de investigación con el objetivo de implementar el reciclaje de circuito cerrado de cobre extraído de motores eléctricos y componentes críticos de baterías.