No hay material para tanta depósito | Tecnología

En un entorno doméstico o profesional habitual hay una decena de baterías. Móviles, relojes, portátiles, tabletas, consolas, electrodomésticos, herramientas, altavoces, bicicletas, patinetes… Todos los dispositivos se fundamentan en la misma tecnología: pilas de celdas de iones de litio. Sin confiscación, estas baterías son caras, tienen una limitada capacidad y pierden aptitud con el tiempo. Las razones de su carestía se deben a que las reservas de su principal tipo químico son insuficientes y media docena de países (China, Australia, Congo, Pimiento, Suráfrica e Indonesia) acaparan la producción de este y otros posibles necesarios, como el cobalto, vanadio, molibdeno, níquel, cobre, carboncillo o manganeso, entre otros. La irrupción del coche eléctrico y las micción de almacenamiento de energía generada por fuentes renovables intermitentes agravan el problema. No hay material para tanta depósito. Un estudio del Centro Popular de Investigación (JRC, por sus siglas en inglés) de la Comisión Europea analiza las posibles soluciones.

Según el Fondo Monetario Internacional, el aumento del consumo hasta 2050 hará que la demanda de los materiales para pilas sea entre un 30% y un 40% superior a la proposición. En este sentido, el centro de investigación vasco CIC energiGUNE, referente europeo en baterías, advierte: “Es necesario tomar decisiones conjuntas y rápidas”.

Al uso doméstico y profesional habitual se suman las políticas de cero emisiones. En este sentido, en siete abriles habrá 50 millones de vehículos eléctricos en Europa y, para 2050, casi todas las unidades de los 270 millones que conformarán el parque automovilístico de la UE deben serlo. La movilidad eléctrica es el principal tipo impulsor de la demanda de baterías, pero no el único. “Actualmente, la electromovilidad lidera la demanda del mercado de baterías, pero no se debe infravalorar, para evitar tensiones en la industria, la demanda del estabilizado [que permitirá el almacenamiento de electricidad procedente de fuentes de energía renovables intermitentes, como la eólica y la solar, o complementar la capacidad de las pilas existentes]”, advierte Johan Söderbom, responsable de redes inteligentes (smartgrids) y almacenamiento de Innoenergy en el nuevo discusión BatSum23. Las previsiones de la UE es que los vehículos precisarán en dos décadas de 1,5 teravatios-hora (un billón y medio de vatios) y las baterías estacionarias, entre 80 y 160 gigavatios-hora.

La advertencia de Söderbom la corrobora el JRC, que advierte: “Los precios para los sistemas estacionarios son mucho más altos por kilovatio-hora de energía almacenada que para las baterías de vehículos eléctricos adecuado a los costos adicionales de los principios del sistema”. La alternativa, según el centro de investigaciones europeos es cambiar en el exposición y producción de baterías como las de litio-ferrofosfato (LFP), las de sodio (Na-ion) o las de flujo de reacción de reducción-oxidación (redox-RFB) sin vanadio.

Estos desarrollos buscan compendiar la dependencia de las materias primas críticas de los sistemas actuales, ya que más del 80 % del litio mundial viene de Pimiento, Australia y China, mientras que más del 60 % del cobalto llega de la República Democrática del Congo. Pero no son las únicas líneas. “Tenemos que conseguir que las baterías sean más inteligentes y para eso hay que mejorar aspectos muy concretos, como los sensores de las celdas o la capacidad de autorreparación”, explica Robert Dominko, investigador de la Universidad de Liubliana (Eslovenia) y miembro de la directiva de la iniciativa europea Battery 2030+.

El mensaje del Centro Popular de Investigación señala que las tecnologías basadas en iones de litio aún mantendrán su hegemonía en el mercado en los próximos abriles y señala los siguientes desarrollos, con su ventajas e inconvenientes, así como las alternativas.

Litio-ferrofosfato (LFP). Es una tecnología más baratura, duradera, segura y no contiene cobalto y níquel, que son materiales caros. Deseo ámbito en aplicaciones de movilidad y estacionarias y aumentará en importancia en el futuro, aunque su densidad energética (relación entre la capacidad de almacenamiento y el bombeo que ocupa) es beocio en comparación con las de combinación de níquel, manganeso y cobalto (NMC) y níquel, cobalto y aluminio (NCA). Su gran desventaja es su escaso valía en la condena de reciclaje y las limitadas capacidades de fabricación en la UE.

Níquel, manganeso y cobalto (NMC). Es una depósito cara que se ha ido modificando para que el postrero tipo no sea tan relevante. Su principal preeminencia es su detención valía para el reciclaje, pero además está poco presente en la condena de producción europea. Las variantes con menos cobalto y más níquel son muy utilizadas en la industria de la automovilismo.

Níquel, cobalto y aluminio (NCA). Este exposición, muy utilizado por Tesla, compite con las tecnologías anteriores en aplicaciones para vehículos eléctricos, pero arroja una beocio duración que las de NMC y menos estabilidad térmica. La producción europea es muy limitada, casi nula, pese a su detención valía para el reciclaje.

Litio y titanio (LTO). Sus componentes la hacen cara y con poca densidad energética, pero duran más, son seguras, de reincorporación capacidad de carga rápida y efectivas en condiciones de altas temperaturas o para tareas que precisan mucho tiempo sin recarga. Europa sí las produce.

Alternativas

Ion-sodio. Para Johan Söderbom, una de las claves para prescindir del litio es el “prometedor exposición de la tecnología ion-sodio”. Según el JRC, esta es más baratura y segura y no precisa de materias primas críticas. Sin confiscación, arrojan un beocio rendimiento que las convencionales de iones de litio. Las de sodio y azufre corrigen estas limitaciones al contar con anciano densidad energética, potencia, vida útil y capacidad de almacenamiento, por los que es donde se están centrando muchas investigaciones.

Redox. Las baterías de flujo redox (reacción de reducción-oxidación), en su mayoría, se fundamentan en el vanadio disuelto en ácido sulfúrico, corrosivo y tóxico. “El vanadio tiene muchas fortalezas: es saldo y estable. Pero si tienes una fuga de una de estas baterías, eso no es agradable. Se deben diseñar los tanques para que sean extremadamente duraderos”, explica Eduardo Sánchez, investigador del CIC energiGUNE a la revista científica europea Horizon.

Los componentes principales de esta tecnología son dos líquidos, uno cargado positivamente y otro cargado negativamente, que se bombean, cuando la depósito está en uso, a una cámara donde se separan por una membrana permeable e intercambian electrones para crear una corriente. Las investigaciones actuales se orientan a encontrar combinaciones químicas con materiales baratos, seguros y no críticos, como soluciones salinas en agua que almacenen iones a colchoneta de carbono, que podrían ser una alternativa para el almacenamiento estacional de energía.

Estado sólido. Las baterías tradicionales de iones de litio tienen tres componentes claves: dos electrodos sólidos (ánodo y cátodo) y uno deducido (electrolito). Cuando la pila está en uso, los electrones fluyen desde el ánodo al cátodo para alentar cualquier dispositivo. Los iones de litio positivos se difunden a través del electrolito, atraídos por la carga negativa del cátodo. Cuando la depósito se está cargando, el proceso se desarrolla a la inversa. El esquema europeo ASTRABAT pretende sustituir este electrolito deducido por uno sólido (como material cerámico) o un gel para triunfar en densidad de energía, seguridad y agilidad en la fabricación.

Sin confiscación, Sophie Mailley, coordinadora de este esquema en Francia cree que “aún hace desidia innovación en este campo”. “Las baterías de estado sólido basadas en litio ya existen, pero usan un gel como electrolito y solo funcionan correctamente a temperaturas de aproximadamente 60 °C, lo que significa que no son adecuadas para muchas aplicaciones”, explica.

Otras baterías sobre las que se investiga son las de iones de litio con ánodos ricos en silicio (Mercedes-Benz incorporará este material a partir de 2025), las de metal-litio (Volkswagen reto por esta tecnología para 2025), de litio-azufre o litio-aire, que utiliza la oxidación del litio en el ánodo y la reducción de oxígeno en el cátodo para inducir un flujo de corriente.

Sí hay coincidencia en que las baterías más conocidas, baratas y maduras, aquellas que se utilizan para el puesta en marcha de los vehículos de combustión o como sistemas auxiliares “no pueden sostener la posición de líder del mercado con la movilidad eléctrica en aumento”, según el JCR.

Reciclaje

Otra de las claves para afianzar la disponibilidad futura de estos componentes básicos de los dispositivos, vehículos y sistemas de almacenamiento es el reciclaje, que podría en una término y media compendiar las extracciones de litio, cobalto y níquel entre un 25% y un 35%, según un mensaje del Instituto para el Futuro Sostenible de la Universidad de Tecnología de Sídney (Australia). Mundialmente se reciclan 600.000 toneladas métricas de baterías de iones de litio. Se prórroga que esta cantidad supere los 1,6 millones de toneladas métricas en 2030.

Pero reprocesar estas baterías y los metales que contienen es difícil y costoso. “La depósito de un transporte eléctrico es una alcoba de tecnología muy compleja con muchos componentes, por lo que una instalación para su reciclaje es muy complicada. A la larga, eso va a ser importante, pero a corto plazo tiene mucho camino por recorrer”, “, afirma Michael McKibben, geólogo de la Universidad de California, a Knowable.

Según una investigación recogida por Science direct, el costo del litio reciclado de las baterías es cinco veces más detención que el litio extraído de las minas. Del mismo modo, algunos procesos utilizados, como la fundición de los dispositivos para extraer los metales, consume mucha energía, emite gases tóxicos y no puede recuperar el codiciado litio. Los investigadores estudian otros procedimientos más eficaces.

Puedes escribirnos a [email protected], seguir a EL PAÍS TECNOLOGÍA en Facebook y Twitter y apuntarte aquí para admitir nuestra newsletter semanal