Comparação dos impactos ambientais pelo uso de diferentes agentes lixiviantes na reciclagem de baterias de lítio por meio da avaliação do ciclo de vida

Abstract

O aumento da demanda por baterias de lítio, amplamente empregadas em veículos elétricos e dispositivos eletrônicos, tem levado a desafios ambientais significativos devido à toxicidade dos resíduos e a escassez dos metais críticos empregados em sua composição. O processo de reciclagem hidrometalúrgico utiliza ácidos na etapa de lixiviação para a recuperação de metais estratégicos, porém gera impactos hídricos ao meio ambiente. Este estudo buscou comparar, através de metodologias de avaliação do ciclo de vida, o potencial de impacto ambiental associado à utilização dos ácidos sulfúrico, fórmico e cítrico na etapa de lixiviação do processo hidrometalúrgico. Para isso, o trabalho foi dividido em duas etapas: a primeira abrangeu as etapas experimentais, que incluíram a descarga da bateria, o processo de cominuição, a separação granulométrica para a formação e caracterização da black mass, processos hidrometalúrgicos para extração dos metais de interesse com diferentes agentes de lixiviação seguidos da caracterização dos produtos obtidos. Já a segunda etapa consistiu na modelagem do sistema por meio do software OpenLCA e avaliação dos resultados de potencial de impacto ambiental. Os resultados indicaram que o ácido sulfúrico apresentou o melhor rendimento na lixiviação dos metais de interesse, porém também foi o que resultou em maior potencial de impacto ambiental, em termos de ecotoxicidade. Já o ácido cítrico destacou-se por apresentar menores potenciais de ecotoxicidade aquática, embora tenha mostrado um maior potencial de ecotoxicidade do solo, em função dos óxidos formados durante o processo. O ácido fórmico apresentou resultados intermediários de potencial de impacto aquático e baixa ecotoxicidade do solo. Conclui-se que os ácidos orgânicos representam alternativas mais sustentáveis para a etapa de lixiviação, embora demandem otimização do processo para o aumento da eficiência na extração e recuperação de compostos valiosos dos resíduos de baterias de lítio. O estudo evidencia a relevância da Avaliação do Ciclo de Vida como ferramenta para a identificação de rotas de reciclagem ambientalmente mais adequadas, além de destacar oportunidades de ampliar o escopo das análises para outras etapas do processo e novas categorias de impacto, visando ter uma visão mais abrangente da sustentabilidade na reciclagem de baterias de lítio.

The increased demand for lithium batteries, widely used in electric vehicles and electronic devices, has led to significant environmental challenges due to the toxicity of waste and the scarcity of critical metals in their composition. The hydrometallurgical recycling process uses acids in the leaching stage to recover strategic metals, but it generates environmental impacts. This study aimed to compare, using life cycle assessment methodologies, the potential environmental impact associated with the use of sulfuric, formic, and citric acids in the leaching stage of the hydrometallurgical process. To this end, the work was divided into two stages: the first covered the experimental steps, which included battery discharge, comminution, particle size separation for the formation and characterization of black mass formation, hydrometallurgical processes for the extraction of metals of interest using different leaching agents, followed by the characterization of the obtained products. The second stage consisted of system modeling using OpenLCA software and evaluation of the potential environmental impacts. The results indicated that sulfuric acid had the highest leaching yield for the metals of interest, but it also resulted in the greatest potential environmental impact in terms of ecotoxicity. Citric acid stood out for presenting lower aquatic ecotoxicity potential, although it showed a higher soil ecotoxicity potential due to oxides formed during the process. Formic acid presented intermediate results for aquatic impact potential and low soil ecotoxicity. It can be concluded that organic acids represent more sustainable alternatives for the leaching stage, although process optimization is required to increase the efficiency of extraction and recovery of valuable compounds from lithium battery waste. The study highlights the relevance of Life Cycle Assessment as a tool to identify more environmentally appropriate recycling routes and points out opportunities to expand the scope of the analyses to other process stages and new impact categories, aiming for a more comprehensive view of sustainability in lithium battery recycling.