Una asociación internacional que desarrolla soluciones para la recuperación de materias primas indispensables de las tecnologías del hidrógeno
A pesar de las restricciones y consecuencias del Covid19, el equipo del proyecto BEST4Hy (soluciones sostenibles para el reciclado de las tecnologías del hidrógeno al final de su ciclo de vida) ha completado con éxito los seis primeros meses de las actividades de investigación. El proyecto BEST4Hy se centra en el desarrollo de los procesos de reciclado existentes y nuevos para los dos tipos de pilas de combustible y los dispositivos de hidrógeno: pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM FC) y células de óxido sólido (SOC), que incluyen tanto las pilas de combustible (SOFC) como las células de electrólisis (SOEC).
El proyecto tiene como objetivo adaptar dos procesos de reciclaje existentes, ya aplicados a otras tecnologías, y validar un nuevo método de desmontaje de las PEM FC. También se probará una nueva tecnología de reciclaje para las células de óxido sólido (SOC). El material resultante de los procesos se validará en términos de calidad y rendimiento cuando se vuelva a utilizar en nuevos componentes y pilas, para demostrar la eficiencia global del reciclado. Los fabricantes de células de combustible han fijado objetivos ambiciosos en cuanto al contenido de elementos reciclados en las nuevas pilas/células, que serán validados para demostrar la viabilidad de un círculo cerrado de reciclaje de alto valor. También se llevarán a cabo evaluaciones del impacto medioambiental y de la relación coste-beneficio de las tecnologías propuestas. De este modo se fomentará un uso más eficaz de las materias primas, incluidos los recursos indispensables, y se contribuirá a mejorar el tratamiento del ciclo de vida de las tecnologías basadas en el hidrógeno y a favorecer un enfoque económico circular dentro del sector.
Durante los primeros seis meses, Hensel Recycling se centró en la validación de las tecnologías existentes y nuevas para el reciclaje de las membranas a intercambio de protones (PEM). Las principales actividades consistieron en el desmontaje manual de las pilas mediante la eliminación de las capas, juntas y electrodos CCM.
Además se ha realizado un desmontaje mecánico con la ayuda de un equipo especial (trituradora de cuchillas rotativas); esta máquina se utiliza generalmente para triturar materiales metálicos y compuestos y es ideal para reducir el volumen y separar fácilmente las fracciones.
Sin embargo, los productos recuperados no fueron plenamente satisfactorios, ya que en las fracciones de producto recuperadas, la tinta y el papel carbón se contaminan entre sí. Por el contrario, el proceso manual permite la separación perfecta de las partes. Hensel Recycling se propone profundizar en este aspecto y seguir explorando la posibilidad de una trituración y separación mecánica más efectiva, modificando las condiciones de contorno y trabajando hacia la automatización del proceso de desmontaje.
Por otra parte, el CEA prosiguió su trabajo mediante experimentos basados en la fase de vapor para separar los diferentes componentes de las MEA. Gracias a estos experimentos, CEA ha podido validar los conceptos de desmontaje también para las MEA con juntas de fase líquida de alta presión. Será necesario realizar algunos cambios en el banco de pruebas para facilitar la vía preferente de la fase de vapor a través de las capas de difusión de gas (GDL).
En los próximos meses se espera una evaluación del proceso de alta presión en fase de vapor con una posible validación del concepto utilizando una pila completa de MEA.
Paralelamente, el grupo POLITO trabajó en la selección de tecnologías existentes para la recuperación de células de óxido sólido (SOC). Esta actividad se centra en la recuperación de componentes de electrodos de pilas de combustible con el objetivo de obtener materiales reciclados para la rehabilitación de células. En este momento, POLITO ha comenzado a trabajar en la recuperación selectiva de Ni de Ni-YSZ compuesto y para ello ya han sido identificados dos enfoques diferentes; el primero se basa en la lixiviación a través de soluciones minerales ácidas (p. ej. ácido nítrico HNO3) y el segundo que implica el uso de EDTA como agente quelante y su posible recuperación mediante un proceso de leve acidificación.
Además de la evaluación del enfoque de recuperación más efectivo, se estudiará la combinación de la fase de recuperación con el tratamiento hidrotérmico (necesario para separar el componente del ánodo) para minimizar el número de operaciones secuenciales para la posterior transferencia efectiva del proceso global desde el nivel de preparación tecnológica TRL3 hacia TRL5.
También se han estudiado procesos innovadores para el fin de vida de los electrodos gaseosos LSC basados en la recuperación selectiva de lantano (tierra rara y metal precioso) y cobalto (materia prima indispensable). En particular, el principal resultado obtenido es la caracterización de los materiales LSC procedentes de pilas combustibles de fin de vida y nuevas. La separación mecánica y la trituración de la capa progresiva de los dispositivos LSC de los electrodos gaseosos están en fase de optimización.
Mientras tanto, la Universidad de Ljubljana está trabajando en tablas de inventario para los fabricantes y en el desarrollo de tecnologías de fin de vida para recopilar información sobre el análisis del ciclo de vida (ACV) y el coste del ciclo de vida (LCC).
Envipark está preparando la composición del Comité Consultivo. Los miembros del Comité Consultivo confirmados actualmente incluyen a los proveedores de materiales para las pilas de combustible, los fabricantes de sistemas de hidrógeno, los usuarios de los sectores del automóvil y la construcción naval, los recicladores, los centros de investigación en el ámbito de la energía y el hidrógeno, y las instituciones académicas.
Las actividades de comunicación y difusión relacionadas con el proyecto están en línea en el sitio www.best4hy-project.eu y en los canales sociales LinkedIn y Twitter.
El consorcio internacional BEST4Hy está compuesto por socios internacionales e institutos de investigación: Environment Park SpA (Italia), CEA Liten (Francia), Politecnico di Torino (Italia), Hensel Recycling GmbH (Alemania), Elringklinger AG (Alemania), Aktsiaselt (Estonia), RINA Consultivo SpA (Italia), Universidad de Ljubljana (Eslovenia).
El proyecto BEST4Hy (soluciones sostenibles para el reciclaje de tecnologías a hidrógeno al final de la vida) está financiado por Fuel Cells and Hydrogen2 Joint Undertaking en el ámbito del programa de investigación Horizon 2020 de la Unión Europea.
Contactos:
Anna Marchisio
a.marchisio@hensel-recycling.com
Hensel Recycling GmbH, Aschaffenburg, Alemania
Sabina Fiorot, PhD
sabina.fiorot@envipark.com
Environment Park SpA, Torino, Italia