Producción sostenible de níquel de calidad para baterías mediante reducción con hidrógeno de saprolita

Limpiando el níquel detrás de los coches eléctricos

El níquel es un trabajador silencioso de la tecnología moderna, especialmente en las baterías de alto rendimiento que alimentan los vehículos eléctricos. Sin embargo, la producción de este metal resulta sorprendentemente contaminante, liberando grandes cantidades de dióxido de carbono. Este estudio explora una manera de producir níquel “de calidad para baterías” con emisiones mucho más bajas al sustituir el carbón por gas hidrógeno en un paso clave de fundición, lo que podría reducir considerablemente la huella climática de la revolución del coche eléctrico.

Por qué importa este tipo de mena de níquel

Gran parte del níquel del mundo procede de rocas tropicales alteradas llamadas lateritas. Una variedad importante, la saprolita, es rica en silicatos con magnesio y suele contener más del 1,5 % de níquel. Hoy, casi toda la saprolita se trata mediante una ruta de alta temperatura conocida como proceso horno rotatorio–horno eléctrico (RKEF), que quema carbón tanto como combustible como agente reductor químico. Según las condiciones, esto puede emitir entre aproximadamente 30 y más de 60 toneladas de dióxido de carbono por cada tonelada de níquel producida. Alternativas como la lixiviación ácida agresiva suelen ser aún más intensivas en carbono. A medida que la demanda de níquel se dispara con el crecimiento de los vehículos eléctricos y aumenta el escrutinio ambiental, existe una fuerte presión para encontrar tecnologías de fundición más limpias.

Usar hidrógeno en lugar de carbón

Los investigadores se centraron en una alternativa prometedora: usar gas hidrógeno, en lugar de carbón, para extraer oxígeno de los minerales que contienen níquel y hierro en la saprolita. Construyeron un reactor giratorio de acero de un metro de largo que imita el movimiento y el contacto gas-sólido de un horno industrial. Se alimentó en este recipiente saprolita finamente molida de Nueva Caledonia, que primero se calentó bajo nitrógeno y luego se expuso a un flujo controlado de hidrógeno casi puro a temperaturas entre 800 y 950 °C. Siguiendo con cuidado la pérdida de masa y los cambios en la estructura mineral, pudieron observar la rapidez y la completitud con que la mena se reducía bajo diferentes condiciones de operación, como temperatura, flujo de gas y tamaño de partícula.

Por qué el tamaño de partícula es la palanca oculta

El análisis mineral y químico detallado mostró que las partículas gruesas son más ricas en silicatos de magnesio, mientras que las finas contienen proporcionalmente más minerales de hierro, pero el níquel en sí se distribuye casi de forma uniforme entre todos los tamaños de grano. Eso significa que la separación física de los minerales portadores de níquel no es práctica: la mena entera debe tratarse conjuntamente. Durante el tratamiento con hidrógeno a 900 °C, las muestras perdieron rápidamente alrededor del 20 % de su masa, una señal combinada de liberación de agua de los minerales calentados y eliminación de oxígeno durante la formación de metales. De forma destacada, esta pérdida de masa alcanzó su valor final en apenas 15 minutos y cambió poco con tiempos más largos. En su lugar, dos factores físicos dominaron el rendimiento: el flujo de gas y el tamaño de las partículas. Una vez que el flujo de hidrógeno superó aproximadamente los 3 litros por minuto, suministrar más gas no aportaba beneficio adicional. En contraste, moler la mena más finamente supuso un impulso fuerte: las partículas más pequeñas, por debajo de 45 micrómetros, alcanzaron la reducción más alta y más rápida, porque el hidrógeno podía difundirse con mayor facilidad a través del delgado entramado silicatado para alcanzar los átomos de níquel y hierro atrapados en el interior.

De la mena reducida al metal de calidad para baterías

Para comprobar si esta mena tratada con hidrógeno podía dar un producto utilizable, el equipo fundió el polvo reducido en un horno vertical de alta temperatura bajo una atmósfera inerte de argón. A 1550 °C, el material se separó claramente en dos capas: una aleación densa de hierro y níquel que se hundió hasta el fondo y una escoria ligera, rica en magnesio, que flotó en la parte superior. La imagen microscópica y el mapeo químico confirmaron que la capa metálica contenía alrededor de 73 % de hierro y 25 % de níquel, típico del níquel ferroso industrial, mientras que la escoria estaba en gran medida libre de metal. Como la aleación es fuertemente magnética, podía separarse por completo con un equipo magnético sencillo, apuntando a una ruta eficiente desde la mena hasta un producto listo para el alto horno sin añadir reactivos ni reductores sólidos adicionales.

Qué significa esto para baterías más limpias

Para los no especialistas, el mensaje clave es que la forma en que procesamos el níquel puede volverse mucho más limpia sin cambiar el tipo de mena que extraemos. Moliendo finamente la saprolita y exponiéndola a un flujo vigoroso de hidrógeno a alrededor de 900 °C, la mena puede transformarse en minutos en un material que se funde en níquel ferroso de alta calidad, con una clara separación entre metal y roca residual. Dado que el hidrógeno produce agua en lugar de dióxido de carbono cuando realiza la “desunión” química, este enfoque podría reducir drásticamente las emisiones de la fundición de níquel si se alimenta con energía de baja huella de carbono. El estudio define la ventana de operación —temperatura, flujo de gas y tamaño de partícula— que los ingenieros pueden usar para diseñar plantas de baja emisión, y subraya el siguiente paso: probar este proceso basado en hidrógeno en hornos piloto continuos para demostrar que el níquel más verde puede producirse de forma fiable y a escala.

Cita: Park, T., Han, S., Lee, W. et al. Sustainable production of battery-grade nickel via hydrogen reduction of saprolite. Sci Rep 16, 5553 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36516-z

Palabras clave: baterías de níquel, fundición con hidrógeno, metales de baja huella de carbono, mineral laterita, materiales para vehículos eléctricos