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De Infobae, 5 de agosto 2021.
Las baterías de Litio o ion litio son las más comunes en el mundo, no sólo en los autos eléctricos, sino en nuestros teléfonos móviles y nuestras computadoras personales.
El mundo del auto va hacia lo eléctrico. Esa es una realidad. Y las baterías de Ion Litio ya se están acercando al rendimiento en autonomía de los motores a combustión interna, pero con un costo mucho menor en el consumo, comparado con el combustible derivado del petróleo equivalente para recorrer el mismo trayecto. Esas son certezas, ineludibles, inexorables e innegables.
El Dr. en Ciencias Químicas, Arnaldo Visintin, es una de las personas con mayor conocimiento de baterías que tiene Argentina. Investigador Superior del CONICET y profesor titular en la Universidad Nacional de La Plata, hace décadas ha tomado el almacenamiento de energía a través del Litio, con pasión. Por consejo del Dr. en Física Juan Carlos Bolcich, entrevistado por Infobae en San Carlos de Bariloche para profundizar acerca de la tecnología de los autos a Hidrógeno, es a quién consultamos para tratar de comprender todo lo que deriva de la nueva movilidad de autos eléctricos en el mundo. Y el punto de partida es la batería de iones de Litio.
El Dr. en Ciencias Químicas, Arnaldo Visintin , recibió a Infobae para explicar todo lo que hay que saber del mundo de las baterías que alimentan a los autos eléctricos.
“El Litio existe y es abundante actualmente, y el Hidrógeno también puede ser considerado. De hecho, creo que casi van de la mano. Porque el Hidrógeno, para tener densidades altas de potencia, necesita de baterías. O sea que la combinación de ambas, Hidrógeno y baterías, ya es una realidad”, comienza como introducción al mundo de las baterías que impulsan a los autos eléctricos.
“El Litio se utiliza en distintos modos para hacer electrodos para baterías, Hidróxido de Litio y Carbonato de Litio. Éste último es el que se usa, por ejemplo, en las baterías de los teléfonos celulares y en la mayoría de los autos eléctricos. Hoy, una tonelada de carbonato de Litio, tiene un costo cercano a los US$6.000 dólares, pero la proyección es que no supere los US$10.000 dólares para los próximos 20 años, incluso ante el crecimiento de la demanda que ha tenido en los últimos dos años”.
“El Hidrógeno, en cambio, está todavía un poco caro para el uso que se le quiere dar, y por eso necesita las baterías. Para tener como referencia, 1 Kg de Hidrógeno cuesta en este momento US$6 dolares y debería bajar entre US$2.5 a US$3.5 dolares para que sea competitivo con el petróleo. Un Kg de Hidrógeno combinado con aire, puede hacer funcionar un motor de combustión interna por inyección directa hasta 100 kilómetros. De todos modos, el escenario es favorable y hoy se cree que en unos cinco años pueda costar esos $2.5 dolares lo que lo hara competitivo.
Entonces sería mucho más eficiente, aunque de todos modos deberíamos pensar que un motor a Hidrógeno solo emite vapor de agua y no gases de CO2, lo que ya es una ventaja en sí misma.
“Pero el talón de Aquiles del Hidrógeno es que es muy liviano. En la densidad energética por peso es el mejor combustible, pero volumétricamente es muy bajo, entonces hay que buscar alternativas para poder usarlo.
Los autos eléctricos usan baterías de Litio con Cobalto, que es contaminante y debería ser reemplazado.
¿Cómo está compuesta una batería de Litio?
“Una batería de Litio está compuesta de Litio, Níquel, Cobalto, Manganeso y Oxígeno (LiNiCoMnO2), y la sigla es NCM. Esas son prácticamente todas las baterías que se usan en los autos eléctricos. El Cobalto se usa para una parte, el cátodo, el Litio para otra, el ánodo, y el resto de una celda de una batería de Li-ion es el electrolito. El Litio utilizado es apenas menos del 5% de una celda, y el Cobalto otro tanto”.
“Pero para ser un poco más profundos en la explicación, digamos que las baterías de Litio tienen una gama de composiciones. Las primeras que surgieron en el año 91, por John Bannister Goodenough en la Universidad de Texas eran de compuestos de óxidos de Cobalto. El Cobalto es costoso y es contaminante. Esa primera batería de Li-ion fue copiada por Sony en Japón, muy poco tiempo después de su descubrimiento, lo que generó que la mayoría de las baterías actuales tengan Cobalto.
Por ejemplo, nuestros celulares, tienen baterías con Cobalto. Eso habría que reciclarlo, porque aunque en menor proporción que el mercurio en las pilas primarias, o por el Plomo en los acumuladores de plomo acido, igualmente es cancerígeno. Entonces no es conveniente para una producción masiva”.
“Al mismo tiempo, el Cobalto se encuentra en muy pocos lugares, por lo tanto es más costoso. El principal productor de Cobalto del mundo es la República Democrática del Congo, donde la extracción del cobalto genera otros problemas, de tipo sociales, como la explotación de poblaciones muy pobres y especialmente de niños y jóvenes menores de edad para su recolección. La mitad de la producción de cobalto del mundo la hace China, que es el principal productor de baterías del mundo. Entonces usar Cobalto tiene tres puntos complicados. Económico, social y de salud”.
Elon Musk ha anunciado que Tesla fabricará sus propias baterías sin cobalto, o con cobalto que no se produzca de la República del Congo, por los problemas sociales que ello trae a esa población.
¿Y es posible hacer baterías de Litio que no tengan Cobalto? ¿Por qué entonces, aunque no contaminen el medio ambiente, al ser perjudiciales para el ser humano, usarlo en las baterías, no es cambiar un daño por otro?
“Hay muchas alternativas de usar aleaciones que no tienen Cobalto. Por ejemplo, la fábrica de baterías que se está haciendo en La Plata de Y-Tec, la empresa energética de gestión conjunta entre YPF, el CONICET y la Universidad Nacional de La Plata, utilizará un compuesto en el cátodo: fosfato de Hierro Litio (LFP), que no es contaminante. Entonces, no se usará Cobalto, las baterías del futuro no serían contaminantes.
El problema del fosfato de Hierro Litio es que tiene una densidad energética un poco menor que el Cobalto, de voltaje de 3,6 voltios, mientas que las de cobalto tienen más potencia, cercana a 5 voltios. Por eso es que se usa el Cobalto actualmente, aunque son más peligrosas, y hay que tenerlas permanentemente controladas para que no se sobrecarguen y no se prendan fuego por el solvente”.
Bosch y Porsche han iniciado un proyecto conjunto para desarrollar baterías sin cobalto
¿Y cuánto tiempo tiene la ciencia para cambiar las baterías actuales por unas que no sean contaminantes y así evitar que esos desechos terminen contaminando?
Vamos a hablar entonces de la vida útil de una batería de las actuales, las que tienen Cobalto. Depende de cómo se construyen también, pero por ejemplo, Tesla te da una batería de 60 Kwh con una garantía de ocho años , y después de ese tiempo, que es cuando la batería tiene menos del 80% de su capacidad inicial, hay que cambiarla a un costo de US$5.000 dólares.
¿Y qué se hace con esas baterías cuando hay que reemplazarlas?
Uno de los usos es como fuente para almacenar energía eléctrica para casas que tengan paneles solares, por ejemplo, durante al menos un par de años más. Ese sería el ciclo de las baterías después de haberlas sacado de un auto eléctrico. Entonces sí, después habría que reciclarlas. Y ahí hay un tema por resolver.
Si tienen cobalto, se reciclan porque el Cobalto sirve, pero si no tienen Cobalto, es más complicado, porque el reciclado de una batería es muy costoso. Por esa razón no hay tantas plantas de reciclado, porque no son metales preciosos que uno pueda recuperar. Se podría recuperar el Litio, que más o menos en la batería de un auto son unos 30 Kg de carbonato de Litio, y ya dijimos que la tonelada no es tan costosa como para que recuperarlo sea tan importante. Sería bueno recuperarlo para no perderlo, pero no rinde económicamente”.
Pero el Litio es un recurso natural finito. ¿Hay una idea de cuánto Litio hay en el mundo y hacer una comparación con la cantidad de Litio que se va a necesitar para un mundo de baterías que use ese mineral? El Hidrógeno es infinito, y el viento y el sol, aunque intermitentes, nunca dejarán de existir, también lo son.
“Bueno, ésta es una gran discusión, y yo te voy a dar mi punto de vista. Si, el Litio es un recurso natural finito, pero es un recurso natural que existe actualmente. Y yo creo que las cosas disponibles y las oportunidades, hay que aprovecharlas en su momento. Así como se dice que el tren pasa una vez y hay que subirse cuando pasa. Yo no sé si el día de mañana habrá otras baterías, con otras composiciones, como las baterías de Sodio, y magnesio que no tiene las mismas propiedades que el Litio, pero en el futuro quién dice que no lo reemplace. ¿Y entonces qué hacemos con el Litio que hay, y que es abundante?”.
“En el mundo hay bastante Litio. Lo mismo que el petróleo, y cuánto hace que escuchamos que el petróleo se acaba y sin embargo sigue habiendo. Hoy, con las reservas de Litio, y que siempre aparecen nuevas, se calcula que alcanza para 60 años. Pero esos 60 años serían en caso que todos los autos del mundo fueran eléctricos hoy mismo, y eso no va a ocurrir por mucho tiempo, o quizás nunca. Porque va a haber combinaciones de movilidad, entre eléctricos e Hidrógeno, y eso va a extender muchísimo más ese tiempo, sin contar las nuevas fuentes de Litio que vayan apareciendo, así como siguen apareciendo pozos de petróleo permanentemente en todo el mundo. Entonces yo me la juego y digo, utilicemos el Litio que tenemos ahora”.
La gran discusión es aprovechar el Litio que hay en el mundo o apostar a las energías naturales infinitas como el sol y el viento, y acumularlas en baterías de Litio Lo importante es aprovechar el Litio que hay en el mundo o apostar a las energías naturales infinitas como el sol y el viento, y acumularlas en baterías de Litio Mucha gente piensa que el día que tantos miles de dispositivos como los teléfonos, las computadoras, y ahora los autos, agoten la vida de sus baterías, el planeta estará lleno de desechos de baterías. ¿Qué se le responde a esa idea?
“El reciclado es algo que habrá que hacer, pero eso no es algo urgente, a mí entender. Y la razón está en que en este período de transición, la cantidad de baterías no es muy grande. Tengamos en cuenta que las baterías de Li-ion se utilizan hasta que bajan del 80% de su capacidad de carga, como dijimos anteriormente, y eso es mucho tiempo. Entonces recién de unos diez años llegará el momento de desecharlas. Si tienen Cobalto hay que reciclarlas sí o sí, sino lo tienen, se pueden simplemente desechar y no habrá contaminación.
Pero lo ideal sería reciclar, aunque no convenga económicamente. En ningún balance económico está el medio ambiente, pero es importante hacerlo de todos modos. Quizás, aunque no es lo ideal, habría que sumarle al costo propio de la batería, el costo del reciclado. No conviene, porque encarecerá esas baterías, pero sería una forma de compensar el gasto que insuma su reutilización”.
El piso de un auto eléctrico es la totalidad de las baterías que le permiten funcionar.
¿Y podremos con nuestras redes eléctricas, soportar el consumo actual, más el consumo de los autos eléctricos, y producir hidrógeno con eletrolizadores, que también necesitan electricidad?
“La idea no es quemar combustible para producir Hidrógeno o cargar baterías. Esa es la parte que tendrá que ocurrir en la transición, pero la idea es que se reemplacen con energías alternativas como la energía solar o la energía eólica. La energía hidroeléctrica ya está en un límite, ya no hay recursos, no hay espacio en el mundo para generar nuevas represas, que además son muy costosas, pero hoy siguen siendo la alternativa para producir Hidrógeno y cargar baterías para los automóviles a través de la red eléctrica mundial. La otra opción es la energía nuclear, pero es muy discutida”.
“Por más que estén en pleno auge, van a pasar varios años hasta que un 70 u 80% del parque de autos del mundo sea eléctrico, y ese es el margen de tiempo que tenemos para que se desarrollen esas energías alternativas como la eólica y la solar. Tienen que hacerlo, porque si eso no ocurre, vamos a estar contaminando menos con los autos, pero más con los generadores de energía eléctrica. Una especie de contradicción. Por eso yo digo que esta tecnología no viene sola, viene con el Hidrógeno. El Hidrógeno verde, que viene por la electrólisis del agua, y que está distribuido en todo el mundo”.
Las baterías de Litio sólido son el próximo paso, pero todavía son muy costosas y por eso no se pueden trasladar a los autos particulares.
¿Y qué son las baterías de Litio sólido y las de Litio azufre?
Bueno, esas son el próximo paso. Las baterías de Litio sólido son menos peligrosas, la densidad de energía es muy similar a las actuales y un poco superior, pero son seguras, porque son sólidas y no hay riesgo de explosiones. Y van a usar, el hidróxido de Litio y no el carbonato de Litio actual, que es otra cosa. Pero las baterías de Litio sólido todavía son muy costosas.
La otra opción es, creo yo, el futuro de las baterías, las de Litio Azufre o sulfuro de Litio, que es la que estamos estudiando en diversas universidades en Argentina, porque tienen un cátodo que es azufre, liviano y muy barato, comparado con los que hablábamos antes, de Níquel Cobalto o Níquel Manganeso, o el mismo fosfato de Hierro Litio. Pero tiene el problema que se disuelve el cátodo, y eso es algo que todavía nadie lo resolvió en el mundo. El que lo resuelva y ponga una fábrica de Litio Azufre, va a tomar la delantera a nivel mundial. ¿Y por qué digo que es el futuro? Simplemente porque tiene tres veces más densidad de energía que la de iones de Litio actuales, y serán mucho más baratas”.
Las baterías de Litio sólido podrían pasar a formar parte de la carrocería de un auto, por lo tanto tener más superficie y con ello, más autonomía.
Las preguntas son las que nos hacemos todos. El mundo está yendo en dirección a la movilidad eléctrica, pero aunque demande 15 o 20 años el cambio, si no se cambia el modo fabricar las baterías de Litio, hay dos factores que les ponen un freno a futuro. Los posibles contaminantes de los desechos, y la reserva de Litio y Cobalto del mundo. Si el Litio tiene para 60 u incluso 80 años, todavía hay mucho tiempo, pero un estudio realizado por el Massachusetts Institute of Technology (MIT) a finales de 2019, indicaba que las reservas de Cobalto comercialmente viable detectadas en todo el planeta, son suficientes para abastecer la demanda del mercado de los vehículos eléctricos solo hasta 2030.
Y una vez más queda en la cabeza una pregunta recurrente. Si no es el hidrógeno verde, obtenido de recursos naturales infinitos aunque intermitentes como el viento y el sol, e incapaz de generar contaminación alguna, el verdadero camino que termine siendo el futuro permanente de la movilidad del planeta.
¿Son los autos eléctricos el futuro o sólo serán los autos de este siglo, así como fueron los de combustible fósil los autos del siglo pasado?
Comentario
Ya sea con baterías de ión litio o de celda de hidrógeno es un hecho que la movilidad se dirige a un cambio hacia la electrificación. Por las siguientes ventajas: reducir el costo por kilometro recorrido, no contaminan la atmósfera con CO2 ni de ruido, tienen una conducción más silenciosa, y no consume energía cuando está en un embotellamiento de tránsit se eliminan las idas a cargar combustible cuando puedes cargar tu auto en tu casa y pagar la tarifa eléctrica subsidiada a CFE cada dos meses. Todo estos son ventajas del auto eléctrico, además tendrás la facilidad poder convertirlo en un auto autónomo, con el software adecuado, que se compra a Tesla o a Waimo Google.
Además finalmente a futuro en 5 años yo creo, no requeriremos de poseeer un auto, podrías usar autos eléctricos y autonomos para tus desplazamientos en la ciudad de compañías como Tesla, Uber o DiDi. Y ahorrarte la inversión en el auto y los gastos asociados de mantenimiento, garage, trámites gubernamentales por tenencia de auto, etc.
Yo soy un convencido que la movilidad se dirige hacia la electrificación, con ahorros substanciales y un servicio confiable y de calidad para la movilidad de todos.
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