RETOS DE LAS BATERÍAS DE LITIO PARA UN FUTURO SOSTENIBLE
RETOS DE LAS BATERÍAS DE LITIO PARA UN FUTURO SOSTENIBLE
Los padres de las baterías de iones de litio recibieron este año el
Nobel de Química por su contribución a la electrónica de consumo, sentando las
bases de la sociedad inalámbrica alimentando prácticamente cualquier
dispositivo móvil y vehículo eléctrico. Hoy día, nuevas combinaciones y
materiales alternativos alumbran una generación de baterías más ecológica, más
rápida y de mayor capacidad de almacenamiento.
John B. Goodenough, M. Stanley
Whittingham y Akira Yoshino han recibido el Premio Nobel de Química 2019 por
sus contribuciones al desarrollo de una tecnología de almacenamiento energético
fundamental para la revolución de la electrónica móvil: las baterías de
iones de litio (Li-ion). Diferentes líneas de investigación buscan la
combinación perfecta de materiales para optimizar la capacidad de almacenamiento
de estas baterías, una cuestión fundamental para la consolidación de los
transportes eléctricos. Entre las líneas de investigación más recientes están
la utilización de iones de oxígeno o la incorporación de silicio,
un componente que ya utilizan algunos modelos de coches Tesla y que podría
aumentar hasta un 30% la capacidad de almacenamiento de este tipo de baterías.
Alternativas químicas para multiplicar la capacidad.
Otra propuesta para una química
alternativa son las denominadas baterías de fluoruro, que tienen una
densidad energética hasta diez veces mayor que las baterías de iones de litio
actuales, según el Christopher Brooks,
científico jefe del Instituto de Investigación Honda y coautor de una reciente
investigación desarrollada en colaboración con Caltech y la NASA. Otras combinaciones como el
litio-azufre o el litio-aire se exploran actualmente para
crear baterías de alta capacidad.
Uno de los condicionantes de las
baterías de iones de litio es que hoy por hoy necesitan una carga entera (y
lenta) para obtener una reacción electroquímica completa. Según la revista Nature, un grupo de investigadores del
Laboratorio Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos ha
desarrollado una tecnología que reduciría el tiempo de carga de
las baterías mediante la exposición del cátodo a un haz de
luz concentrada, como por ejemplo la luz blanca de una lámpara de
xenón.
En paralelo, científicos de la universidad de
Pensilvania plantean la posibilidad de cargar un coche eléctrico en tan solo 10 minutos gracias
a la modulación asimétrica de la
temperatura. Esta modificación de los parámetros térmicos habituales
permitiría reducir el tiempo de carga y el de exposición de la batería a altas
temperaturas, por lo que también contribuye a aumentar su ciclo de vida. Explotar
al máximo el ciclo de vida de las baterías es una cuestión fundamental,
pues es el primer paso para la eficiencia (mucho más limpio que el
procedimiento para reciclarlas). Por ello que los expertos sugieren un uso
en cascada a través de una jerarquía de aplicaciones que
permitan optimizar el aprovechamiento de los materiales que componen las
baterías de iones de litio.
Más ecológicas y
fáciles de reciclar.
La cantidad de litio disponible
en la naturaleza es limitada, así que el reciclaje en un escenario como el
de la eclosión y consolidación de los vehículos eléctricos, se impone como
necesario para los propios fabricantes. Un estudio explica
además la repercusión indirecta sobre otros recursos naturales. La
demanda de agua para procesar el litio es sustancial: extraer una tonelada
de litio requiere 1.900 toneladas de agua que se consumen mediante evaporación.
En el Salar de Atacama (Chile), un importante centro de producción de litio, el
65% del agua de la región se destina a la actividad minera, por lo que los
agricultores se ven obligados a importar agua de otras regiones.
Según un análisis de la consultora Creation Inn, la cantidad total de litio
reciclado podría alcanzar las 5.800 toneladas en 2025. Se espera que
más del 66% de las baterías de iones de litio sean recicladas en China.
Actualmente existen distintos métodos que se combinan para conseguir el
reciclaje más eficiente: separación de materiales físicos, recuperación de
metales hidrometalúrgicos, recuperación pirometalúrgica o recuperación de
metales biológicos, entre otros. La regulación en China responsabiliza a los
fabricantes de vehículos eléctricos de la recuperación de las baterías, y exige
que se dispongan canales de reciclaje y puntos de servicio para recolectar,
almacenar y transferir baterías viejas a empresas de reciclaje.
Un estudio
publicado en la revista Nature presenta
evidencias de que el proceso de reciclaje de las baterías no es menos
contaminante (en cuanto a la emisión de gases de efecto invernadero) que su
propia producción. Algunas de las soluciones propuestas para revertir este
escenario pasarían por repensar el proceso de reciclaje haciéndolo más
estandarizado y eficiente. Para ello, las tecnologías de clasificación y
etiquetado de los componentes son fundamentales, así como la implementación de
un diseño enfocado al reciclaje y más estandarizado por parte de los
fabricantes. La robótica y la inteligencia artificial podrían tener la
clave para construir un sistema de reciclaje minucioso y eficiente gracias a al
software de clasificación.
Un futuro con hidrógeno.
Y si el litio no consigue superar
estos obstáculos, la ciencia ya prepara una alternativa para consolidar la
transición hacia las energías limpias: las baterías de hidrógeno. Según las
previsiones del proyecto de la Comisión Europea HyWays, el
hidrógeno podría reducir el consumo de petróleo en el transporte por carretera
hasta un 40% en 2050. Además, tanto la electricidad como el hidrógeno se
pueden producir a partir de cualquier fuente de energía primaria, incluida la
biomasa, la energía eólica o la solar.
No obstante, el hidrógeno
también tiene algunos retos tecnológicos pendientes. Un análisis
comparativo de baterías eléctricas, pilas de combustible de hidrógeno y
vehículos híbridos realizado por científicos del Imperial College de Londres concluye que
para los vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno (FCEV por sus
siglas en inglés) la densidad energética no es el mayor problema, ya que la
energía química se convierte en energía eléctrica en la celda de combustible.
Sin embargo, el principal obstáculo sería el volumen que requeriría el
depósito de combustible. Ninguna opción está libre de obstáculos
tecnológicos en el camino hacia la verdadera transición energética pero, sin
duda las baterías son la pieza clave para ganar la batalla a los
combustibles fósiles.
Material tomado de:
Comentarios
Publicar un comentario