Se prevé que la demanda de baterías de iones de litio experimente un rápido crecimiento en los próximos 10 años, impulsada principalmente por la electrificación del transporte. Esto implicará un crecimiento de la demanda de coches eléctricos con baterías, pero también de un amplio espectro de tipos y segmentos de vehículos, y son estos segmentos no automovilísticos a los que se dirigirán muchos fabricantes de baterías.
El informe de IDTechEx Baterías de iones de litio para vehículos eléctricos 2021-2031 muestra las tendencias en baterías para estos vehículos y presenta a los fabricantes de packs que se dirigen a autobuses, vehículos comerciales y muchos otros segmentos no automovilísticos. Sin embargo, aunque el ion-litio seguirá siendo la tecnología dominante en los vehículos eléctricos, el temor a posibles cuellos de botella en el suministro de ciertos materiales críticos, como el litio, el níquel o el grafito, puede acabar limitando el ritmo de adopción de los vehículos eléctricos. Además, más allá de los problemas que pueda causar el rápido crecimiento de la demanda de materiales, también existe preocupación por el impacto medioambiental y la sostenibilidad de la producción de Li-ion.
Reciclaje
El reciclaje ofrece una solución parcial a los problemas de sostenibilidad y de la cadena de suministro a los que se enfrenta la industria del ion-litio, ya que proporciona cierto grado de circularidad: los materiales de los residuos y de las baterías al final de su vida útil pueden ser extraídos y refinados para ser reutilizados en la fabricación de células y baterías.
Esto puede tener varios efectos beneficiosos, al ayudar a diversificar el suministro de materiales, y reducir la dependencia de un solo país o región. Desde el punto de vista medioambiental, se espera que el reciclado de iones de litio, especialmente a través de rutas hidrometalúrgicas o de reciclado directo, reduzca las necesidades totales de energía para producir una célula, en comparación con el uso de materiales vírgenes. También se espera que otras emisiones, como las de SOx, NOx y partículas, además de las de CO2, sean menores al utilizar material reciclado en lugar de la extracción primaria.
Las capacidades locales de reciclaje y refinado, como las que están empezando a crearse en Europa y Estados Unidos, también pueden reducir la distancia recorrida por los materiales, disminuyendo aún más el perfil de emisiones de estas baterías. Aún así, incluso si se creara suficiente capacidad de reciclaje para tratar todo el volumen de residuos de baterías de iones de litio para 2030, el material reciclado sólo podría contribuir a una fracción de la demanda de material, según IDTechEx.
Tecnologías alternativas
Para ayudar a paliar las posibles limitaciones de la cadena de suministro, se están desarrollando varias tecnologías alternativas de baterías y almacenamiento de energía, que podrían sustituir a las baterías de iones de litio en aplicaciones en las que la densidad energética no es un parámetro tan crítico.
Las aplicaciones de estas tecnologías podrían ser los coches eléctricos pequeños para la ciudad, los autobuses electrónicos, los vehículos eléctricos híbridos, los camiones con pila de combustible o los vehículos guiados autónomos.
La variedad de tecnologías de almacenamiento de energía disponibles y en desarrollo es más evidente en el sector del almacenamiento de energía estacionario. Esto es así porque la densidad de la energía se convierte en un factor menos crítico en este sector. Los informes Baterías para el almacenamiento de energía estacionaria 2021-2031 y Vehículos eléctricos: Tierra, Mar y Aire 2021-2041 ofrecen amplia información sobre estas nuevas tecnologías. Son las siguientes:
• Baterías de estado sólido. Con la salida a bolsa de Solid Power y QuantumScape, estas baterías están atrayendo una gran atención, hasta el punto de que muchos fabricantes de automóviles han anunciado su lanzamiento para 2022. Y es bastante habitual que los fabricantes de baterías de estado sólido se asocien con los fabricantes de automóviles para su desarrollo.
• Baterías finas, flexibles e impresas. Hay bastantes empresas que trabajan en este ámbito, lo que significa que la competencia es cada vez mayor. La compañía que identifique las aplicaciones más relevantes de este tipo de baterías será la que triunfe y acapare este mercado, de acuerdo con IDTechEx.
• Baterías de ion sodio. Similares en muchos aspectos a las de Li-ion, las de Na-ion utilizan sodio como elemento de trabajo en lugar de litio, como su nombre indica. Se caracterizan, generalmente, por tener potencias y vidas de ciclo ligeramente superiores a las de las células de Li-ion NMC y LFP, pero con densidades de energía gravimétricas ligeramente inferiores. Aunque el Na-ion reducirá la dependencia del litio, sus cátodos pueden seguir utilizando cobalto y níquel, por lo que su utilización para reducir la dependencia de estos materiales depende totalmente de las químicas específicas de los cátodos que se utilicen.
• Baterías de flujo redox. Estas baterías se diferencian de las baterías de intercalación, como las de iones de litio y de iones de nácar, en que almacenan la energía en el electrolito, separado de la célula electroquímica, lo que permite desacoplar la potencia energética. Este aspecto hace que sean muy adecuadas para aplicaciones de almacenamiento estacionario, especialmente las de larga duración.
El vanadio es, con mucho, la química más extendida en este tipo de baterías, con 15-20 empresas que las comercializan. Sin embargo, el alto precio del vanadio conlleva unos elevados costes de capital que pueden ser prohibitivos para su uso generalizado, aunque se están explorando sistemas como el alquiler de electrolitos para intentar reducir el gasto. También se han desarrollado químicas de baterías de flujo redox que utilizan materiales activos de bajo coste, como el hierro. O incluso baterías de flujo que pueden utilizar compuestos orgánicos de bajo coste y ampliamente disponibles como material activo del electrolito.
Otras Alternativas e hidrógeno
El equilibrio de la oferta y la demanda en las redes que utilizan altos porcentajes de energías renovables variables requerirá una combinación de almacenamiento de energía, exceso de capacidad, interconexión y otras soluciones, como la capacidad de conexión a la red de los vehículos y la respuesta del lado de la demanda. Ante ello, se están estudiando diversas tecnologías de almacenamiento no electroquímicas, desde los supercondensadores hasta el almacenamiento de energía en aire comprimido, para aplicaciones estacionarias.
El hidrógeno verde también se plantea como una solución potencial para el almacenamiento de energía de larga duración y sigue recibiendo apoyo gubernamental. Los electrolizadores, ya sean del tipo PEM, alcalinos o de óxido sólido, pueden utilizarse para producir hidrógeno a partir del agua y almacenarlo para su uso posterior.
Queda por ver si el almacenamiento de hidrógeno a largo plazo será factible.
Su almacenamiento en bombonas de gas puede ser demasiado costoso, mientras que el almacenamiento subterráneo en acuíferos o cavernas de sal, por ejemplo, tiene limitaciones geográficas y sigue sin probarse. Otra posibilidad, en estudio, consiste en inyectar H2 en los gasoductos de gas natural existentes, donde hay una capacidad inherente de almacenamiento de energía, aunque habrá límites a la cantidad de hidrógeno que puede entrar en las redes de gas actuales.
Más allá de esto, el hidrógeno electrolítico será necesario para enriquecer diversas industrias como la del amoníaco, el acero o la producción de productos químicos. El uso del hidrógeno para el consumo de energía, cuando hay soluciones alternativas, puede no ser la opción óptima. IDTechEx espera que la demanda de los sectores industriales sea la que impulse los electrolizadores y el hidrógeno verde.
