La gran limitación de la industria de la electromovilidad se relaciona sobre todo con las baterías de los vehículos, por la gran demanda de ciertos minerales críticos para su producción, como ya comentamos en un artículo anterior sobre la movilidad del futuro.
Teniendo en cuenta que ahora mismo la dependencia del litio es uno de los mayores condicionantes del sector, el foco está puesto en el estudio de alternativas al mismo que puedan responder a los 4 requerimientos principales: abundancia del recurso, facilidad de extracción, coste asumible y mayor sostenibilidad a lo largo de todo el ciclo de vida, y no solo durante la fase de uso del vehículo eléctrico.
Y es que, a día de hoy, la realidad del coche eléctrico es mucho menos prometedora de lo que debería. El motor eléctrico, alimentado a su vez por una batería de acumuladores, estaba llamado a ser la opción sostenible para poder seguir manteniendo la red de tráfico automovilístico tal como la conocemos a día de hoy.
Lejos de eso, las bondades de su sostenibilidad se centran exclusivamente en la fase de uso del vehículo, pero la medición de su impacto ecológico debería ser global y tener en cuenta todo su ciclo vital. Esto es, desde la extracción de las materias primas requeridas para su fabricación hasta su reciclado (si lo hay) al final de su vida útil.
Dos análisis de este tipo (uno de la Agence de la transition écologique de 2013 y otro de la Agencia Europea de Medio Ambiente de 2018) arrojan conclusiones muy alejadas de lo esperado, como se puede leer en este artículo.
En cualquier caso, la búsqueda del material perfecto para la fabricación de las baterías continúa, si bien se están logrando importantes avances, gracias a dos metales muy prometedores.
La necesidad de una alternativa real y sostenible al litio y el cobalto
El litio y el cobalto, junto con otros como el níquel, el manganeso y el grafito, son los minerales que sostienen a día de hoy la fabricación de las baterías de los coches eléctricos.
El problema, aparte de la escasez que se prevé en los próximos años, es que el dominio sobre las reservas y/o explotación de estos recursos en todo el mundo está tan polarizado que es una amenaza constante para la industria. Por no hablar de que su sostenibilidad aún continúa en entredicho cuanto menos.
Si nos fijamos en el metal predominante, el litio, los principales países productores de litio a nivel mundial son Australia y Chile, que juntos representan casi el 77% de la producción mundial. El restante se concentra en Argentina, Brasil, Zimbabue y Bolivia, aunque la producción es menor en este último.
Ahora bien, China controla el 60% de la extracción de litio en todo el mundo. Aparte de tener sus propias, importa grandes cantidades, especialmente desde Australia. También lidera la producción de baterías de iones de litio y la capacidad de procesamiento. Ello le convierte en el líder mundial de fabricación de baterías a día de hoy.
En cuanto al cobalto, la República Democrática del Congo (RDC) es el país con las mayores reservas y producción de cobalto a nivel mundial. La RDC produjo en 2023 más del 74% del cobalto mundial. Este país exporta la mayor parte de su cobalto precisamente a China, que es el principal comercializador mundial de cobalto refinado: aproximadamente el 80% de la producción de cobalto de la RDC se procesa en China.
Para escapar de un escenario realmente complejo en lo que respecta al acceso y explotación de los minerales críticos, que ya repasamos en un artículo anterior, la industria está logrando importantes avances en la concreción de alternativas a los metales de alta dependencia en el desarrollo del vehículo eléctrico.
Son muchas las opciones en estudio y desarrollo, pero, tras algunos años de investigación, dos de ellas destacan como las más completas, viables y convenientes: el sodio y el silicio.
Baterías de silicio: todo son ventajas… o casi
Corea del Sur acaba de diseñar una batería que combina el litio con ánodos de silicio para conseguir un récord de autonomía. También para derribar de una vez por todas la principal barrera de los eléctricos a nivel de usuario. Aunque no abandona por completo el litio, la combinación con silicio representa un gran avance, gracias a sus propiedades similares al grafito y una capacidad de almacenaje de energía casi 10 veces mayor.
Sin embargo, la investigación tendrá que continuar, en busca de una solución a los retos que aún afronta. Por un lado, el silicio se expande al transformarse. Esto podría provocar el efecto indeseado de una vida útil menor que la de las baterías de iones de litio tradicionales.
Por otro lado, este semimetal es algo más inestable que el grafito. Este es ampliamente utilizado hoy, pero aún plantea problemas como su limitada capacidad de almacenamiento y la dependencia de China para su suministro. Además, la producción de grafito puede tener un impacto ambiental negativo y se cuestiona su seguridad y rendimiento. El resultado de las investigaciones dirá si el silicio puede poner fin a los impedimentos del grafito y el litio.
Baterías de sodio: la promesa del futuro, con matices
El sodio es un material mucho más abundante, fácil de extraer y de reciclar, y su huella de carbono es mucho más baja. Además, es más barato que el litio. Por otro lado, su distribución geográfica es más diversa. Y además, la cadena de suministro de este recurso no se encuentra en manos de China, como sí ocurre con el litio y el cobalto. Esto es una ventaja considerable para regiones como Europa.
El uso del sodio haría posible prescindir de otros materiales costosos como el cobalto, níquel, cobre o grafito. De hecho, la estimación de BloombergNEF es que estas baterías de sodio pueden tener un precio de aproximadamente la mitad del que tienen las LFP (litio-ferrofosfato), que son la gran apuesta de China.
Los tiempos de carga se acortan con las baterías de sodio, ya que sus tasas de carga son mayores. También lo es su rendimiento a temperaturas extremas. Y por último, pero no menos importante, son más seguras.
Tan solo existe un escollo que salvar, y en ello se está trabajando ya. Su densidad energética es inferior a las baterías NCM (níquel, cobalto, manganeso) y las LFP. Un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton ha fabricado una batería de sodio con un nuevo material catódico orgánico, la bis-tetraaminobenzoquinona (TAQ). Este modelo de batería podría ser la respuesta a todos los grandes interrogantes de la industria.
Otras opciones en desarrollo
Aunque las baterías de silicio y sodio son las más prometedoras, existen otras opciones, aunque todas ellas cuentan en la actualidad con importantes desventajas:
Las baterías de estado sólido ofrecen una posible solución a los problemas de seguridad asociados a las baterías de iones de litio. Utilizan electrolitos sólidos inorgánicos en lugar de líquidos orgánicos inflamables. Además de eliminar los riesgos de incendio, las baterías de estado sólido ofrecen una mayor densidad de energía y tiempos de carga más rápidos. El principal inconveniente es su alto coste de producción, que dificulta su adopción masiva. Además, la fabricación a gran escala presenta desafíos realmente significativos.
Otra alternativa son las baterías de litio-azufre, que reemplazan el cobalto utilizado en las baterías de iones de litio con azufre como material catódico. El azufre es más abundante y económico que el cobalto, lo que también podría reducir los costes de producción y mitigar los problemas relacionados con la escasez de recursos. El problema es la tasa de degradación que recorta su vida útil y que aún se está investigando cómo alargar.
Un enfoque diferente es el de pilas de combustible de hidrógeno. No son baterías pero generan electricidad al combinar hidrógeno almacenado con oxígeno del aire, produciendo vapor de agua. Si bien esta tecnología es respetuosa con el medio ambiente, su adopción es muy limitada debido a la necesidad de infraestructura de hidrógeno y los altos costes.
Otras opciones en estudio son las baterías acuosas de magnesio (afrontan el reto de las limitaciones del voltaje máximo del electrolito acuoso) o grafeno (tienen la gran barrera de su alto coste de producción).
Con todas las miras, y esperanzas, puestas en el sodio y el silicio, quizá la batería soñada por la industria no quede tan lejos como puede parecernos ahora.
