Hemos fabricado una batería biodegradable
Actualmente no seríamos capaces de realizar nuestras tareas diarias sin los teléfonos móviles y otros aparatos electrónicos. Pero, desgraciadamente, la esperanza de vida de estos dispositivos es bastante limitada. En España se desechan anualmente más de 20 millones de dispositivos de telefonía móvil.
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Detrás de esta cifra está, por un lado, la obsolescencia programada, tanto por incompatibilidad de hardware como por falta de actualización en el sistema operativo. Otro aspecto clave en este tipo de dispositivos es la batería, normalmente basada en tecnología de iones de litio. Estas baterías cuentan normalmente con una vida útil inferior a las 1 000 cargas.
Así, los teléfonos inteligentes tienen una media de uso de 18 meses, y en muy raras ocasiones se emplean durante más de cuatro o cinco años.
Una de las estrategias para solventar estos problemas sería el desarrollo de baterías transitorias (transient, en inglés), basadas en materiales abundantes que se degraden en subproductos no tóxicos. Todo ello, manteniendo los altos estándares de funcionamiento que poseen las baterías convencionales de iones de litio. Pero ¿es esto realmente posible?
Economía circular, una solución parcial
La solución actualmente más extendida consiste en adoptar patrones circulares que se alejen del sistema de producción lineal. Es decir, transitar desde “producir, consumir, tirar” a nuevos hábitos de manera que puedan volver a reutilizarse los dispositivos móviles, o parte de ellos, en otras aplicaciones.
Si consideramos una perspectiva circular, las alternativas de reutilización o remanufactura deben ser preferentes sobre el reciclaje. Una posible opción son los sistemas de garantía extendida, los sistemas de recogida y los mercados de segunda mano.
Existen empresas que, tras una recogida selectiva, reacondicionan teléfonos móviles para posteriormente venderlos a menor coste. Iniciativas como estas generan grandes beneficios ambientales, sociales y económicos.
Otra opción es el reciclaje de las baterías. Mediante diversos tratamientos químicos y térmicos, es posible extraer los materiales económicamente relevantes de las baterías, que serán utilizados posteriormente para fabricar nuevas baterías. De este modo, se limitan los posibles efectos nocivos de materiales como el litio, el cobalto o el manganeso, y se evita la necesidad de procesos de extracción de metales de la minería tradicional.
Pero ¿qué ocurre con los dispositivos electrónicos que no puedan ser tratados?
Los móviles que no se recogen
Debemos tener en cuenta que los teléfonos móviles son los aparatos electrónicos con los índices de recogida más bajos. A pesar de los esfuerzos que desarrollan diversas entidades públicas, como por ejemplo la instalación de puntos limpios móviles no asistidos, existe un altísimo riesgo de que gran cantidad de teléfonos móviles se pierdan en el medio ambiente.
Únicamente el 17,4 % de los residuos electrónicos se recogen, tratan y reciclan adecuadamente. El restante no se documenta, y gran parte acaba en destinos de lo más variados, desde vertederos, a bosques, ríos o mares. Ello implica que gran cantidad de materiales no biodegradables y altamente tóxicos, como son el cobalto, el níquel, el manganeso y los electrolitos orgánicos acaben contaminando los suelos, el aire, el agua y los seres vivos; incluidos los humanos.
Por ejemplo, las sustancias tóxicas que forman parte de las baterías convencionales de iones de litio pueden filtrarse en las aguas subterráneas, donde pueden influir en las especies acuáticas y terrestres. La Organización Mundial de la Salud estima que la exposición a los residuos electrónicos puede provocar alteraciones de las funciones pulmonares y problemas respiratorios, especialmente en niños y adolescentes, entre otros efectos.
Baterías compostables, otra posible solución
En un reciente [estudio],(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202206249) desarrollado por la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea, la Escuela Politécnica Federal de Zúrich y la Universidad de Nueva Gales del Sur, hemos demostrado que es posible fabricar baterías compostables que además sean competitivas en cuanto a rendimiento.
La tecnología transitoria busca el desarrollo de materiales, dispositivos o sistemas que experimenten procesos de degradación controlada tras un periodo de funcionamiento estable, dejando tras de sí residuos inocuos.
Así, primero identificamos elementos no tóxicos, abundantes y biodegradables, que ofrecieran unas características físicas, mecánicas y electroquímicas mínimas.
Tras una extensa búsqueda, identificamos y aplicamos las siguientes opciones:
- Polímeros de origen natural como la celulosa y la agarosa para el electrolito.
- La polidopamina, un material natural con alta capacidad de reducción-oxidación, para el desarrollo del cátodo.
- Un ánodo de zinc, metal biodegradable y biocompatible que permite fabricar electrolitos basados en agua.
Fotografías que muestran la degradación de los componentes individuales de la pila transitoria en el tiempo. / Author provided
El trabajo dio como resultado una batería recargable que combina compostabilidad con un rendimiento electroquímico sobresaliente. De hecho, se observó una pérdida de peso del 49,9 ± 2,9 % tras 63 días en condiciones de compostaje industrial.
También se ha demostrado que estas baterías pueden cargarse a lo largo de más de 10 000 ciclos, el equivalente a 27 años continuados considerando una carga diaria. Gracias nuestro prototipo, el sueño de una batería compostable que también cumpla la función completa de un dispositivo de almacenamiento de energía desde el punto de vista electroquímico es una realidad.
