La evolución de los sistemas de separación de baterías: del concepto al estándar de 6 canales de salida.

Historia del desarrollo

En la industria del reciclaje de baterías, la clasificación se realizó durante mucho tiempo en dos o tres fracciones, ya que las tecnologías de procesamiento profundo apenas estaban emergiendo. Hoy en día, un enfoque unificado del reciclaje se está volviendo imposible, ya que los ciclos tecnológicos de reciclaje se han vuelto altamente especializados y la pureza de las materias primas de salida determina directamente la rentabilidad del negocio.

Por esta razón, la clasificación preliminar es reconocida por la comunidad experta como la etapa más crítica, ya que determina la rentabilidad general. En esta industria, se exige que los equipos alcancen una precisión de clasificación del 95 % o superior, lo que, combinado con la necesidad de un alto rendimiento, representa un serio desafío tecnológico.

Para LINEV SYSTEMS, 2019 fue el punto de partida en esta dirección. Mientras los competidores confiaban en sensores ópticos, nosotros comenzamos una investigación exhaustiva sobre la aplicabilidad del método de rayos X para clasificar baterías en flujo. El problema del método óptico es evidente para cualquier profesional: una etiqueta dañada, la corrosión o la falta de marcado hacen que la batería sea “invisible” para el sistema. Los sistemas de rayos X, en cambio, observan en profundidad, identificando la estructura interna de la batería.

La experiencia previa en el desarrollo de equipos de inspección por rayos X permitió a los ingenieros de LINEV SYSTEMS utilizar sus conocimientos en el reconocimiento de baterías en imágenes de rayos X. Sin embargo, la transición de simplemente identificar la presencia de un objeto a determinar su composición química exacta en tiempo real planteó un serio desafío científico. En la etapa inicial de la investigación, se asumió que el flujo de baterías se dividiría en seis grupos principales, incluidos mercurio, litio, níquel-cadmio, níquel-hidruro metálico, así como las clásicas baterías alcalinas y Zn-carbón.

Primer cliente y nuevos desafíos

La transición de las pruebas de laboratorio a la operación real exigió revisar muchos parámetros del sistema, ya que el flujo real de residuos es altamente heterogéneo y está contaminado. En 2020 comenzó la cooperación con la empresa australiana Resource Pty Ltd, que se convirtió en un hito importante en la validación de los métodos de clasificación de baterías por rayos X. Resource Pty Ltd ya tenía experiencia en el uso de un sistema óptico de clasificación de baterías, pero su eficacia práctica se limitaba a una pureza del 95 % en la fracción de salida. Para un modelo de negocio basado en el uso de productos reciclados de baterías como materia prima para la producción de fertilizantes minerales de alta calidad, ese nivel de pureza resultaba insuficiente.

Las especificaciones técnicas de Resource Pty Ltd requerían la separación de baterías alcalinas y Zn-carbón del flujo general con un nivel de pureza de al menos el 99,5 %, lo que representaba un reto serio, ya que anteriormente dichos parámetros se consideraban casi inalcanzables a velocidades industriales. Fueron necesarios dos años para desarrollar y calibrar el sistema, pero el resultado cumplió las expectativas: la tecnología de reconocimiento del “ADN químico de las baterías” permitió al cliente integrar el reciclaje de baterías en un ciclo cerrado de producción de fertilizantes.

Un análisis de la situación del mercado en ese momento también mostró que las baterías Zn-carbón y alcalinas representaban más del 70 % del volumen total de pilas recolectadas, mientras que los demás grupos a menudo terminaban en vertederos sin un reciclaje adecuado.

Aunque inicialmente el cliente también requería una separación en solo tres flujos, la elección de una configuración del sistema con seis canales de salida estuvo dictada por la lógica de minimizar los ciclos de reprocesamiento, ya que la presencia de seis nodos de descarga autónomos permite una separación más detallada de la mezcla en un solo ciclo de clasificación, así como por la necesidad de garantizar flexibilidad operativa a largo plazo para la empresa.

Desafíos del níquel y del litio

A medida que acumulábamos datos y ampliábamos la geografía de nuestras instalaciones, nos dimos cuenta de que no existe una “mezcla” unificada. Además, a medida que las normas medioambientales se han endurecido y el coste de los metales ha aumentado, también ha crecido la necesidad de clasificar grupos más pequeños de baterías por tipo químico, como níquel-cadmio o níquel-hidruro metálico.

Tras alcanzar una pureza del 99,5 % para baterías alcalinas y Zn-carbón, LINEV SYSTEMS centró su atención en la clasificación de baterías que contienen níquel, ya que los métodos de reciclaje de baterías NiCd y NiMH difieren significativamente debido a su composición química.

Teniendo en cuenta que hoy en día apenas se recicla el 50 % de las baterías Ni-MH disponibles, los propietarios de los sistemas de rayos X BATTERAY para clasificación de baterías obtienen una ventaja estratégica, ya que la Unión Europea ha fijado objetivos estrictos para la recogida de baterías de níquel de aquí a 2031.

Además de alcanzar una pureza de clasificación del 95 % para NiCd y NiMH, LINEV SYSTEMS ha implementado un algoritmo de “clasificación segura”: si el sistema no está seguro de a qué tipo asignar una batería de níquel (por ejemplo, si una batería que contiene níquel contiene cadmio o no), el elemento se envía a un barril especial con un grupo mixto de baterías NiCd/NiMH. Esto garantiza que el barril principal con Ni-MH cumpla estrictos estándares de pureza para su posterior procesamiento.

La creciente complejidad de la separación de baterías de litio

La etapa actual del desarrollo de las tecnologías de almacenamiento de energía se caracteriza por un rápido aumento de la complejidad de la composición morfológica de los residuos, lo que hace necesario identificar subclases dentro de un mismo grupo químico. El crecimiento de la producción de baterías de litio ha generado la necesidad de separarlas con precisión del flujo general de baterías por varias razones fundamentales. En primer lugar, estos elementos contienen una alta concentración de metales valiosos (cobalto y níquel), cuya extracción requiere tecnologías de procesamiento específicas y, en segundo lugar, representan un riesgo serio, ya que son altamente inflamables si la carcasa se daña o se produce un cortocircuito.

El proceso de perfeccionamiento de los algoritmos de identificación del grupo de litio en el sistema BATTERAY se implementa por etapas:

• Paso 1: Se ha desarrollado un algoritmo para identificar y separar todos los elementos que contienen litio en un solo barril con alta precisión.
• Paso 2: El algoritmo ha sido entrenado para distinguir entre baterías de litio primario y baterías de ion-litio.
• Paso 3: El algoritmo fue entrenado para dividir en profundidad las baterías de litio primario en subgrupos según la sustancia activa. La capacidad del sistema para distinguir entre compuestos como disulfuro de hierro, dióxido de manganeso y cloruro de tionilo de litio abre nuevas oportunidades para optimizar los procesos de reciclaje.

El nuevo Reglamento de la UE 2023/1542, que ya ha entrado en vigor, está cambiando una vez más radicalmente las reglas del juego. Ahora, la clasificación preliminar de las baterías de ion-litio en subgrupos según su composición química es obligatoria antes del transporte debido al aumento múltiple del riesgo de combustión espontánea, lo que hace necesaria la disponibilidad de sistemas automatizados de clasificación multifraccional para la operación legal de las empresas de reciclaje en el mercado internacional. En este contexto, el próximo objetivo ambicioso del equipo de LINEV SYSTEMS es separar en profundidad las baterías de ion-litio en subclases (LFP, NMC, LCO, etc.).

6 contenedores ≠ 6 tipos químicos clasificados

Hoy en día, el sistema BATTERAY no es solo un clasificador mecánico. Es un complejo analítico capaz de reconocer 9 tipos químicos de baterías en 13 formatos.

Para un reciclador profesional, este nivel de detalle, a diferencia de los sistemas con 2 o 3 salidas donde el resultado sigue siendo una “mezcla” que requiere un ciclo adicional de clasificación, significa la posibilidad de formar lotes de materias primas para plantas metalúrgicas específicas sin etapas intermedias. Cada fracción adicional clasificada por el sistema BATTERAY no es solo “otro contenedor”, sino un activo financiero independiente para el usuario.

Es importante entender que el número de canales físicos de salida (6 contenedores) no limita la inteligencia del sistema. La funcionalidad actual incluye seis programas preinstalados entre los que el operador del sistema de clasificación de baterías por rayos X BATTERAY puede cambiar con un solo clic. Además, la flexibilidad de la arquitectura de software permite adaptar los programas de clasificación a las tareas individuales del usuario, ahorrando tiempo y transformando los residuos en una cartera estructurada de recursos valiosos.

Productividad y facilidad de operación

Los sistemas con un número reducido de canales de salida inevitablemente se enfrentan al problema de tener que recircular el material varias veces para separar cada grupo posterior, lo que reduce la productividad y aumenta los costes.

En el entorno actual, donde los requisitos de pureza de las materias primas son cada vez más estrictos, disponer de seis flujos permite a la empresa responder rápidamente a los cambios en la demanda de las compañías metalúrgicas y químicas. Así, la capacidad multicanal no es solo una característica técnica, sino también una herramienta de gestión de riesgos en el cambiante mercado de recursos secundarios.

Los cálculos de ingeniería del sistema BATTERAY han demostrado que aumentar el número de fracciones a 6 no conduce a un incremento proporcional de la complejidad del mantenimiento técnico, sino que crea una reserva significativa para la escalabilidad del negocio. En esta configuración, los mecanismos neumáticos operan a alta frecuencia, garantizando una clasificación estable de hasta 8 baterías por segundo (hasta 18.000 baterías por hora) sin comprometer la precisión, gracias a una lógica de cálculo en paralelo. La IA toma decisiones al instante y el mecanismo ejecutivo (expulsión neumática) actúa en tiempo real.

La solución de ingeniería —una “puerta de seguridad” al final de la cinta transportadora (contenedor 7)— merece especial atención. Este elemento estructural cumple la función de control de calidad y protección del sistema, acumulando objetos que no han sido claramente identificados por el algoritmo (por ejemplo, debido a su estado físico o a la presencia de inclusiones extrañas). Los residuos grandes y los conjuntos aleatorios de baterías también se envían a este compartimento, lo que evita la contaminación de los principales. La evaluación de expertos muestra que devolver las baterías no reconocidas desde este contenedor al inicio del ciclo después de una limpieza mecánica preliminar aumenta la tasa global de baterías reconocidas, minimizando la pérdida de materias primas valiosas.

La disposición de seis boquillas neumáticas permite reemplazar los contenedores llenos en solo un par de minutos. Además, el diseño permite no solo el uso de contenedores estándar para almacenar baterías, sino también la integración de líneas transportadoras automatizadas, tuberías y otros sistemas para mover las fracciones clasificadas a talleres contiguos o puntos de expedición.

Un proceso de innovación sin fin

El mundo de las baterías cambia muy rápidamente. Además, la investigación ha demostrado que la eficacia del sistema de rayos X BATTERAY para reconocer baterías depende del tamaño de la base de datos y de la calidad del entrenamiento del algoritmo. Para LINEV SYSTEMS, el desarrollo de la base de datos y el reentrenamiento de la IA con nuevos tipos de baterías es un proceso continuo que garantiza que el equipo siga siendo relevante en el contexto del mercado de baterías en constante evolución.

En conclusión, la transición al uso de seis o más canales de clasificación es una etapa natural en el desarrollo de los sistemas de clasificación de baterías, impulsada por la necesidad de máxima eficiencia en el uso de recursos. La clasificación automatizada por rayos X puede transformar el proceso de gestión de residuos, pasando de ser costoso a convertirse en una extracción altamente rentable de recursos secundarios, al tiempo que garantiza el cumplimiento de los estándares más estrictos en materia medioambiental y de seguridad industrial.