La creciente importancia de la energía eólica y solar en la red eléctrica de Estados Unidos, y el aumento de los vehículos eléctricos, son clave para la necesidad creciente de reducir la dependencia de los combustibles fósiles, disminuir las emisiones de carbono y mitigar el cambio climático. Sin embargo, al mismo tiempo, estas prósperas industrias de energías renovables generarán toneladas de desechos a medida que millones de paneles solares fotovoltaicos (PV), turbinas eólicas y baterías de iones de litio lleguen al final de su ciclo de vida. Como dice el refrán, lo que es basura para unos, es tesoro para otros. Anticipándose a la acumulación de componentes de energía limpia agotados y deseando evitar de manera proactiva los pecados pasados de no limpiar de manera responsable las minas de carbón desmanteladas, los pozos de petróleo y las plantas de energía, varias startups innovadoras se esfuerzan por crear una economía circular sostenible y lucrativa para recuperar, reciclar y reutilizar los componentes principales de la tecnología climática. La energía eólica y solar generaron conjuntamente el 13,6% de la electricidad a escala de servicios públicos el año pasado, según la Administración de Información de Energía de Estados Unidos (EIA), y esas cifras sin duda aumentarán a medida que la energía renovable siga creciendo. Algunas empresas de servicios públicos líderes en todo el país están mucho más avanzadas en ese ritmo. Mientras tanto, las ventas de vehículos totalmente eléctricos representaron el 5,8% de los 13,8 millones de vehículos que los estadounidenses compraron en 2022, frente al 3,2% en 202Y con los límites de emisiones de escape y las normas de las centrales eléctricas propuestas por la Agencia de Protección Ambiental, las ventas de vehículos eléctricos podrían capturar una participación de mercado del 67% para 2032 y obligar a más empresas de servicios públicos a acelerar su transición en la generación de energía. Solarcycle es un ejemplo claro de las empresas que buscan resolver este problema de residuos de tecnología climática del futuro. Lanzada el año pasado en Oakland, California, desde entonces ha construido una planta de reciclaje en Odessa, Texas, donde extrae el 95% de los materiales de los paneles solares al final de su vida útil y los reintroduce en la cadena de suministro. Vende plata y cobre recuperados en los mercados de materias primas y vidrio, silicio y aluminio a fabricantes de paneles y operadores de granjas solares. la energía solar se está convirtiendo en la forma dominante de generación de energía, dijo el CEO de Solarcycle, Suvi Sharma, citando un informe de la EIA que afirma que el 54% de la capacidad nueva de generación eléctrica a escala de servicios públicos en Estados Unidos este año provendrá de la energía solar. pero con eso vienen un nuevo conjunto de desafíos y oportunidades. hemos hecho un trabajo fenomenal al hacer que la energía solar sea eficiente y rentable, pero realmente no hemos hecho nada aún para hacerla circular y lidiar con el final de vida [de los paneles].
Manteniendo los paneles solares fuera de los vertederos
La vida útil promedio de un panel solar es de aproximadamente 25 a 30 años, y ya hay más de 500 millones instalados en todo el país, dijo Sharma, desde una docena en el techo de una casa residencial hasta miles en una granja solar comercial. Con la capacidad solar aumentando en promedio un 21% anualmente, se instalarán y desmontarán decenas de millones de paneles más. Entre 2030 y 2060, se espera que se acumulen aproximadamente 9,8 millones de toneladas métricas de residuos de paneles solares, según un estudio de 2019 publicado en Renewable Energy. Actualmente, alrededor del 90% de los paneles solares al final de su vida útil o defectuosos terminan en vertederos, en gran parte porque cuesta mucho menos desecharlos que reciclarlos. vemos que esa brecha se cerrará significativamente en los próximos cinco a diez años, dijo Sharma, a través de una combinación de una mayor rentabilidad del reciclaje y un aumento de los costos de los vertederos.
El mercado de materiales reciclados de paneles solares
De hecho, se espera que el mercado de materiales reciclados de paneles solares crezca exponencialmente en los próximos años. Un informe de la firma de investigación Rystad Energy afirmó que su valor superará los $7 mil millones en 2030, frente a solo $170 millones el año pasado, y se acelerará hasta alcanzar los $80 mil millones en 2050. El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de Estados Unidos encontró que, con un modesto apoyo gubernamental, los materiales reciclados pueden satisfacer del 30% al 50% de las necesidades de fabricación de paneles solares en Estados Unidos para 2040. Tanto la Ley de Infraestructura Bipartidista como la Ley de Reducción de la Inflación (IRA) proporcionan créditos fiscales y financiación para la fabricación nacional de paneles solares y componentes, así como investigaciones sobre nuevas tecnologías solares. Estas disposiciones tienen como objetivo reducir la posición dominante de China en la cadena de suministro global de paneles solares, que actualmente supera el 80%, según un informe reciente de la Agencia Internacional de Energía. Uno de los beneficiarios de esta financiación federal es First Solar, el mayor fabricante de paneles solares en Estados Unidos. Fundada en 1999 en Tempe, Arizona, la empresa tiene instalaciones de producción en Ohio y otra en construcción en Alabama. Se le han otorgado $3 millones en fondos de investigación para desarrollar un nuevo panel de techo residencial que sea más eficiente que los módulos de silicio o película delgada actuales. First Solar ha mantenido un programa interno de reciclaje desde 2005, según un correo electrónico del director de productos, Pat Buehler. reconocimos que integrar la circularidad en nuestras operaciones era necesario para escalar el negocio de manera sostenible, escribió. Pero en lugar de extraer metales y vidrio de paneles retirados y desechos de fabricación, nuestro proceso de reciclaje proporciona recuperación de semiconductores de circuito cerrado para su uso en nuevos módulos, agregó.
Turbinas eólicas masivas, las aspas son casi totalmente reciclables
Las turbinas eólicas retiradas presentan otro desafío de reciclaje, así como oportunidades de negocio. La industria eólica de Estados Unidos comenzó a erigir turbinas a principios de la década de 1980 y ha estado creciendo constantemente desde entonces. La Asociación Estadounidense de Energía Limpia estima que hoy en día hay casi 72,000 turbinas a escala de servicios públicos instaladas en todo el país, todas ellas terrestres, que generan el 10,2% de la electricidad del país. Aunque la industria se estancó en los últimos dos años debido a problemas en la cadena de suministro, la inflación y los costos crecientes, los fabricantes de turbinas y los desarrolladores de parques eólicos son optimistas de que la marea ha cambiado, especialmente dado los subsidios y créditos fiscales para proyectos de energía verde en la IRA y el compromiso de la administración Biden de impulsar el sector eólico marino incipiente. La vida útil de una turbina eólica es de alrededor de 20 años, y la mayoría de las retiradas se han unido a los paneles solares retirados en los vertederos. Sin embargo, prácticamente todo lo que compone una turbina es reciclable, desde la torre de acero hasta las aspas compuestas, que suelen tener una longitud de 170 pies, aunque los modelos más recientes superan los 350 pies. Se retirarán entre 3,000 y 9,000 aspas cada año durante los próximos cinco años en Estados Unidos, y luego el número aumentará a entre 10,000 y 20,000 hasta 2040, según un estudio de 2021 del NREL. Para 2050, se desmantelarán 235,000 aspas, lo que se traduce en una masa acumulada de 2 millones de toneladas métricas, o más de 60,627 remolques de camiones completamente cargados.
Cómo funciona la economía circular de energía renovable
Los actores de la economía circular están decididos a no dejar que todos esos desechos se desperdicien. Carbon Rivers con sede en Knoxville, fundada en 2019, ha desarrollado una tecnología para triturar no solo las aspas de las turbinas, sino también los materiales compuestos desechados de las industrias automotriz, de la construcción y marina, y convertirlos a través de un proceso de pirólisis en fibra de vidrio recuperada. se puede utilizar para la fabricación de próxima generación de aspas de turbinas, embarcaciones marinas, hormigón compuesto y piezas de automóviles, dijo el director de estrategia, David Morgan, y agregó que el proceso también produce petróleo renovable y gas sintético para su reutilización. Si bien el procesamiento de los materiales triturados es bastante sencillo, el transporte de las aspas masivas de las turbinas y otros materiales compuestos a largas distancias por ferrocarril y camión es más complicado. la logística es con mucho la parte más cara de todo este proceso, dijo Morgan. Además de las instalaciones existentes en Tennessee y Texas, Carbon Rivers planea construir sitios en Florida, Pensilvania e Idaho en los próximos tres años, estratégicamente ubicados cerca de parques eólicos y otras fuentes de materia prima. queremos construir otras cinco instalaciones en el reino unido y europa, y luego llegar a los mercados de américa del sur y asia, dijo. En el espíritu de la sostenibilidad corporativa, específicamente para evitar que sus aspas se acumulen en los vertederos, los propios fabricantes de turbinas eólicas están contratando socios de reciclaje. En diciembre de 2020, la unidad de Energía Renovable de General Electric firmó un acuerdo de varios años con Veolia North America con sede en Boston para reciclar aspas de turbinas GE en tierra retiradas en Estados Unidos. Veolia North America inauguró una planta de reciclaje en Missouri en 2020, donde hasta la fecha ha procesado alrededor de 2,600 aspas, según Julie Angulo, vicepresidenta senior de tecnología y rendimiento. estamos viendo la primera ola de aspas que tienen entre 10 y 12 años, pero sabemos que ese número aumentará año tras año, dijo. Utilizando un proceso conocido como coprocesamiento en horno, Veolia reconstituye las aspas trituradas y otros materiales compuestos en un combustible que luego vende a fabricantes de cemento como reemplazo del carbón, la arena y la arcilla. El proceso reduce las emisiones de dióxido de carbono en un 27% y el consumo de agua en un 13% en la producción de cemento. los fabricantes de cemento quieren dejar de usar carbón por razones de emisiones de carbono, dijo Angulo. esto es un buen sustituto, por lo que son buenos socios para nosotros. Los competidores de las turbinas eólicas de GE están ideando formas de hacer que la próxima generación de aspas sea inherentemente más reciclable. Siemens Gamesa Renewable Energy ha comenzado a producir aspas completamente reciclables tanto para sus turbinas terrestres como marinas y ha dicho que planea hacer que todas sus turbinas sean completamente reciclables para 2040. Vestas Wind Systems se ha comprometido a producir turbinas eólicas sin residuos para 2040, aunque aún no ha presentado una versión de este tipo. En febrero, Vestas presentó una nueva solución que permite descomponer las aspas de las turbinas basadas en epoxi para su posterior reciclaje.
Residuos de baterías de iones de litio de vehículos eléctricos
El reciclaje de las valiosas partes internas de las baterías de iones de litio se centra en los vehículos eléctricos, especialmente a medida que los fabricantes de automóviles aumentan la producción, incluida la construcción de gigafábricas de baterías. Pero las baterías de los vehículos eléctricos actuales tienen una vida útil de 10 a 20 años, o de 100,000 a 200,000 millas, por lo que por el momento, los recicladores están procesando principalmente los desechos de los fabricantes de baterías. Li-Cycle con sede en Toronto, lanzada en 2016, ha desarrollado una tecnología de dos pasos que descompone las baterías y los desechos en materiales inertes y luego los tritura, utilizando un proceso de hidrometalurgia, para producir minerales que se venden de nuevo en la cadena general de suministro de fabricación. Para evitar los altos costos de transporte para enviar la materia prima desde varios sitios, Li-Cycle ha intercalado geográficamente cuatro instalaciones, en Alabama, Arizona, Nueva York y Ontario, donde se desmantela. Está construyendo una enorme instalación en Rochester, Nueva York, donde se procesarán los materiales. estamos en camino de comenzar a poner en marcha el rochester [instalación] a finales de este año, dijo el cofundador y CEO de Li-Cycle, Ajay Kochhar. La construcción ha sido financiada por un préstamo de $375 millones del Departamento de Energía (DOE), dijo, y agregó que desde que la empresa se hizo pública, también ha recaudado alrededor de $1 mil millones en acuerdos privados. Se está llevando a cabo un enfoque diferente para el reciclaje de baterías en Redwood Materials, fundada en las afueras de Reno, Nevada, en 2017 por JB Straubel, el ex director de tecnología y cofundador de Tesla. Redwood también utiliza hidrometalurgia para descomponer las baterías y los desechos, pero produce láminas de cobre de ánodo y materiales catódicos activos para fabricar nuevas baterías de vehículos eléctricos. Debido a que la materia prima aún no es lo suficientemente abundante, el níquel y el litio en sus productos catódicos serán solo aproximadamente el 30% de fuentes recicladas, mientras que el resto provendrá de metales recién extraídos.
La industria de energías renovables se está enfrentando al desafío de gestionar los desechos generados por los paneles solares, las turbinas eólicas y las baterías de iones de litio al final de su vida útil. Sin embargo, hay una creciente conciencia y esfuerzos para desarrollar una economía circular sostenible que permita la recuperación, el reciclaje y la reutilización de los componentes clave de estas tecnologías. Empresas como Solarcycle están liderando el camino al extraer y vender materiales valiosos de paneles solares desechados, mientras que Carbon Rivers y otros están desarrollando tecnologías para reciclar aspas de turbinas eólicas y materiales de baterías de iones de litio. A medida que el mercado de materiales reciclados de energía renovable crece, se espera que el reciclaje se vuelva más rentable y los costos de vertedero aumenten, lo que fomentará aún más la adopción de prácticas sostenibles. Con el apoyo gubernamental y la colaboración de la industria, la gestión responsable de los desechos de energías renovables se convertirá en una parte integral de la transición hacia un futuro más limpio y sostenible.