27 de diciembre de 2018 (*) actualizado a las 13:43

Litio, ¿el nuevo oro?

( @reygarrido ) el

El futuro es eléctrico. No importa cuánto se empeñen algunos en negarlo, ni cuánto le cueste a otros aceptarlo. El mundo está sumido en un grave problema energético y medioambiental. El petróleo ha servido a la humanidad durante décadas, y aparentemente lo seguirá haciendo durante algunas más, pero hemos abusado de él y las reservas que quedan tiene los años contados.

Parece que la era del motor de combustión interna está tocando a su fin. Primero fue el downsizing. Luego la hibridación. Ahora, los fabricantes de automóviles han vuelto a mover ficha. Y esta vez no ha sido el peón. Por el volumen de inversiones y lo que hemos podido ver en los últimos salones internacionales de automóviles, parece que estén arriesgando la dama.

Las baterías se han convertido en un componente imprescindible para los últimos avances en automoción gracias a una importante evolución tecnológica que gira entorno al litio

Y sin embargo y a pesar de todos los esfuerzos los coches eléctricos siguen sin despegar. Tampoco interesa. La electrificación del parque móvil no es, de momento, un negocio rentable para las marcas. De hecho la mayor parte de ellas pierde dinero como cada unidad vendida.

Pero la fabricación de vehículos eléctricos no es agujero negro en las cuentas de todas las empresas, y si hay alguien que de verdad se está lucrando con este negocio son los fabricantes de baterías. Este componente, imprescindible en todos los coches, camiones y motos que circulan por el mundo en la actualidad, ha cobrado en los últimos años más importancia que nunca, y toda esta revolución comercial ha ido acompañada de una importante evolución tecnológica. El ácido y el plomo se han convertido en cosa del pasado, y ahora los protagonistas son los iones de litio.

Pero, ¿podrá este metal soportar la que se le viene encima?

De la energía química a la eléctrica, y viceversa

Antes de continuar por los caminos de la oferta y la demanda, parece una buena idea explicar cómo funciona una batería y qué hace al litio un componente tan importante para su desarrollo.

Una batería no es más que un acumulador de electricidad que utiliza reacciones electroquímicas eléctricamente reversibles, de forma que cuando transcurre en un sentido, la reacción química utiliza los componentes de la pila para generar corriente eléctrica, mientras que si se aplica una corriente en sentido inverso, los materiales consumidos se regeneran.

El funcionamiento de los grandes packs de baterías que incorporan los VE es similar al de las pilas convencionales, y se basa en una reacción química denominada redox

En realidad, los grandes packs de baterías que incorporan los coches híbridos y eléctricos no son muy diferentes de las pilas que utilizamos en casa diariamente. Como la batería del portátil con el que puedes estar leyendo esto ahora mismo, utilizan un principio químico básico conocido como oxidación-reducción (redox), en el que se produce un intercambio de electrones que posteriormente es aprovechado para hacer funcionar los diferentes componentes eléctricos.

A grandes rasgos, tal y como puede verse en la imagen anterior, una batería está formada por el electrolito (disolución que contiene los iones); dos electrodos denominados ánodo y cátodo, en los que se producen los procesos de oxidación y reducción respectivamente; y un medio de contacto entre las disoluciones cuya función es la de mantener la electroneutralidad mediante el movimiento interno de iones (en la imagen, un tabique poroso, aunque puede ser también un puente salino).

En el caso de las baterías de iones de litio, el componente común de todas ellas es el electrolito, formado por sales de litio. El ánodo suele ser de carbono, mientras que el cátodo puede ser de diversos metales, como manganeso, fosfato, hierro o cobalto, siendo los más comunes el primero y una mezcla de níquel, manganeso y cobalto denominada NMC, como la que emplea el Rolls Royce Phantom 102 EX eléctrico que ilustra este artículo.

¿Por qué litio en lugar de otros metales?

El litio es el elemento número 3 de la tabla periódica y el sólido más ligero, en contraposición con el plomo de las baterías de arranque tradicionales, un conocido metal pesado. Y como todo el mundo sabe, en automoción la ligereza es un factor muy importante. Más vale un kilo perdido que un caballo ganado. Sin embargo, no es sólo el peso el responsable de que las baterías de nueva generación estén compuestas de litio, sino la densidad de energía que va asociada a él.

La densidad energética se refiere a la cantidad de energía que puede acumularse por unidad de masa o de volumen. Cuanto mayor sea la densidad energética, mayor será la cantidad de energía disponible para almacenar por kilogramo o litro de batería.

Con una densidad energética másica de 125 Wh/kg y una eficiencia energética del 90%, las baterías de litio resultan las más adecuadas para el desarrollo de los vehículos eléctricos

Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido tan sólo son capaces de almacenar 40 Wh por cada kilogramo, frente a las de Li-Ion tradicionales, que presentan una densidad energética de 125 Wh/kg. Las de polímero de litio en particular son capaces de almacenar aún más energía, quintuplicando el dato de las primeras: hasta 200 Wh/kg. Además, la eficiencia energética de las baterías de litio ronda el 90%, frente al 82,5% de las de plomo-ácido.

Pero establecer comparaciones sólo con las baterías de plomo-ácido no sería justo. En el caso del Toyota Prius, los módulos que incorpora están fabricados de Níquel e hidruro metálico (NiMH), su densidad energética es de unos 60 Wh/kg, y la eficiencia ronda el 70%.

En términos de voltaje, el valor medio para las baterías de Li-Ion es de 3,7 V, equivalente al que producirían tres baterías de NiMH conectadas en serie. De nuevo, el litio es el claro vencedor, excepto en lo que a ciclos de carga y descarga soportados se refiere: unos 1.350 para el NiMH frente a los aproximadamente 1.000 del Li-Ion.

Salar de Atacama

¿El nuevo oro?

Como el resto de elementos presentes en la naturaleza, el litio es un recurso finito, aunque afortunadamente su abundancia es moderada. Este metal está presente en la corteza terrestre en 65 partes por millón, o lo que es lo mismo: el 0,065% de la materia que hay en la corteza terrestre es litio. Por su parte, el oro presenta una abundancia de 0,003 ppm. En porcentaje, la cantidad de oro presente en la corteza terrestre corresponde al 0,0000003% de la materia, ligeramente inferior a la del litio.

Pero estos datos por sí solos no dicen nada a la hora de valorar si el litio es o no un recurso sostenible y si será o no capaz de afrontar la gran demanda que le sobreviene al convertirse en el punto clave del desarrollo de la industria automotriz y de la electrónica de consumo.

Nissan prevé unas ventas de medio millón de eléctricos para 2015, lo que demandará 2250 de toneladas de litio al año para la fabricación de sus baterías

Para intentar situarnos tomaremos como referencia el Nissan Leaf, que incorpora en su pack de baterías unos 4 kg de litio. La compañía japonesa prevé un volumen de ventas de aproximadamente medio millón de coches eléctricos para 2015, lo que significa que el consumo de litio de su suministrador de baterías será de unas 2250 toneladas anuales.

Si los 27 millones de vehículos eléctricos que se prevé (una previsión demasiado optimista, todo sea dicho) circularán por España en el año 2020 incorporasen el mismo pack de baterías que el Leaf, por nuestra red de carreteras circularían más de 100.000 toneladas de litio en tan sólo ocho años.

En 2050 se calcula que habrá 3.000 millones de vehículos operativos en el mundo. En el remoto caso de que la electrifación del parque móvil fuese del 100% para esa fecha, y asumiendo que todos los vehículos incorporasen las baterías del Leaf, serían necesarias 12 millones de toneladas del metal que nos ocupa para cubrir toda la demanda.

Se calcula que sólo las reservas de más fácil acceso albergan en su interior 39 millones de toneladas de litio, suficiente para fabricar 10 millones de coches anuales durante 970 años

Afortunadamente, se calcula que sólo las reservas de más fácil acceso, como las del salar de Atacama (Chile), el salar del Hombre Muerto (Argentina) y el salar de Uyuni (Bolivia), albergan unas 39 millones de toneladas, suficiente para fabricar 10 millones de coches anuales durante los próximos 970 años.

[Conviene apuntar que estos cálculos de servilleta han sido realizados sin tener en cuenta el volumen de demanda generado por la industria de la electrónica de consumo, ni la posibilidad de reciclar las baterías de Li-Ion una vez finalizada su vida útil para recuperar los materiales que las componen (un negocio que en la actualidad no resulta rentable, pero que sería perfectamente viable en caso de necesidad), aunque resultan igualmente válidos para un propósito meramente ilustrativo].

Con éstos datos encima de la mesa parece que la demanda de litio va a tener que aumentar mucho para convertirse en el nuevo oro. Por fortuna, su suministro está garantizado durante al menos el próximo siglo, lo que permitirá desarrollar aún más el sector de las baterías, en el que los últimos experimentos han tenido resultados muy positivos, como es el caso de las células de litio y aire, presentadas por IBM y que auguran autonomías de hasta 800 kilómetros.

Un tanto más para los electrones y otra piedra, esta vez metálica, en el tejado de las petrolíferas.

Fuente: Technology Review | Wikipedia I, II | Ecolaboratorio | How Stuff Works | BYD | Car&Driver, ed. Americana (Octubre 2010)
Imágenes: Pixculture (salar de Atacama)
En Tecmovia: Toyota asegura su abastacemiento de Litio de cara a los próximos años | EnerSys y GAIA: otra joint venture para la investigación en baterías de ion litio | IBM fija en 800 km la autonomía de sus baterías de Litio-Aire

Comentarios...

  1. Borrasj

    Muy buen articulo. Solo me queda una duda y una aclaración.

    La duda es: las baterías de polímero de litio son conocidas por la cantidad de energía que pueden entregar, pero, ¿que química usan?
    Por otro lado las de litio-hierro tienen muy buenas características aunque sean mas pesadas. Y las de fosfato están mejorando mucho.

    La aclaración es sobre el ultimo párrafo del apartado -¿Por qué litio en lugar de otros metales?

    Creo que no se le da al asunto la importancia que tiene.
    Partimos de la base de que para mover un coche necesitamos hasta 400 voltios.
    La eficiencia de una batería no viene dada mas que por su resistencia interna.
    Para lograr alto voltaje hay que asociar celdas en serie, cuanto menos voltaje tiene cada celda, mas celdas. Como la asociación es en serie la resistencia se suma, por lo que si usas níquel usaras mas celdas, y estas tienen una resistencia interna muy superior.

    Cuanto mayor es la resistencia interna mas calor genera la celda, y cuanto mas caliente está mas aumenta su resistencia interna.
    Luego, cuanto mayor sea la resistencia interna del pack, menos potencia entregara, durante menos tiempo, y ademas mas rápido se degradara.

  2. uno mas

    Lo de que el futuro son los eléctricos, estoy totalmente de acuerdo. Ahora, que sean a baterías, lo dudo. O es que con baterías de litio vamos a mover los grandes barcos, aviones, trenes, camiones, tractores, etc…

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