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 . 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 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 . 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.
Las
nuevas baterías incorporan materiales como el silicio, los iones de oxígeno o
el hidrógeno para incrementar la capacidad de almacenamiento y acelerar los
tiempos de carga.
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 , 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 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.
Las
baterías de hidrógeno se posicionan como unas de las alternativas más limpias,
pero aún tienen condicionantes como el volumen que requiere su depósito, sobre
todo para los vehículos eléctricos.
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 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.
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