Muchos aspectos de la vida moderna dependen de un suministro constante de energía. La “Ley de Moore” nos ha llevado a pensar que casi siempre podemos esperar más potencia informática, y nos permite plantearnos expectativas similares de cara al futuro en materia de almacenamiento de energía. El punto crítico en 2022 es: ¿de dónde obtendremos todos los metales necesarios?

El almacenamiento de energía puede progresar por múltiples vías

Pensemos en tres posibles casos de uso:

  1. Un vehículo eléctrico de alto rendimiento. Aquí, el enfoque principal estaría en la densidad energética y la autonomía, con la hipótesis de poder cargarlo en un ciclo regular, por ejemplo, mientras el propietario duerme por la noche. La batería puede ser grande y algo pesada, pero estas especificaciones dependerían en gran medida de otros detalles del vehículo concreto. El tamaño y el peso no serían, desde luego, ilimitados. 
  2. Estabilizar el suministro de una red eléctrica alimentada por fuentes intermitentes. El mundo ve el beneficio de las fuentes de energía de cero emisiones como la eólica y la solar, pero sabemos que el viento no siempre es constante y el sol tampoco brilla en todo momento. Las baterías extremadamente grandes que pueden almacenar energía de manera efectiva durante días, e incluso semanas, podrían ser útiles en este caso. Además, el tamaño y el peso no serían necesariamente una preocupación aquí, ya que la batería en sí es fija.
  3. Una batería de diseño personalizado para alimentar un dispositivo pequeño. La eficiencia y el peso podrían ser las principales preocupaciones en el caso de un dispositivo portátil de control de la salud, por ejemplo.

Dado que la gama de casos de uso es tan variada, cabe esperar un amplio abanico de soluciones para el almacenamiento de energía. A pesar de que la tecnología de iones de litio ha sido dominante durante aproximadamente tres décadas, el futuro podría admitir muchas tecnologías diferentes.

¿Pensando en la duración de la batería? Hay que centrarse en el cátodo

Cuando cambiamos las pilas de un mando a distancia o de un detector de humo, vemos los signos de + y de –:

  • El signo negativo o terminal puede llamarse “ánodo”.
  • El signo positivo o terminal puede llamarse “cátodo”.

Cada batería necesita que los electrones se muevan para proporcionar energía. En uso, los electrones se mueven del ánodo al cátodo y, cuando se cargan, se invierten. Sin embargo, es bien sabido que las baterías no se pueden cargar y recargar de forma infinita, y la fuente de problemas con respecto a esto suele provenir del cátodo.

Gran parte de la investigación en el desarrollo de baterías se ha centrado en qué elementos y qué tipos de estructuras funcionan mejor en el cátodo. Si hablamos de una configuración NMC 811, por ejemplo, esto se refiere a Níquel-Manganeso-Cobalto, con 8 unidades de níquel, 1 unidad de manganeso y 1 unidad de cobalto. Esto resuelve ciertas preocupaciones económicas y de abastecimiento, al mismo tiempo que equilibra las necesidades de seguridad y de densidad de energía. Dado que la estructura atómica dentro del cátodo se ve sometida a tensiones por el uso y la reutilización, aquí es donde notamos que la vida útil de la batería y el rendimiento de carga pueden no coincidir con lo que vimos cuando era nuevo.

¿Son los metales agnósticos a su origen?

El níquel, el manganeso y el cobalto que se usarán en una batería pueden proceder de diversos lugares. Pueden provenir directamente de las minas y no haber sido utilizados en otra batería. Del mismo modo, podrían provenir de una mezcla de productos reciclados, reconociendo que no siempre es sencillo extraer más de estos materiales.

¿Hay una diferencia? Es decir: ¿debería uno esperar notar cualitativamente un rendimiento más bajo si se recicla la fuente de los metales de la batería? Lógicamente, los átomos de los distintos metales deberían ser los mismos independientemente de su origen, pero vale la pena probarlo.

Redwood Materials es una empresa dedicada a la producción sostenible de metales para baterías y el abastecimiento de una cantidad cada vez mayor de los materiales necesarios a partir de contenido reciclado. El Grupo de Investigación de Materiales de los Laboratorios Nacionales de Argonne probó recientemente el rendimiento de los cátodos con alto contenido de níquel, como el NMC-811 que analizamos anteriormente, para ver si podían identificar una diferencia de rendimiento entre los metales recién extraídos y los metales reciclados.

Los resultados de esta prueba indicaron que el rendimiento de los materiales reciclados de Redwood no se diferenciaba del de los metales nuevos cuando se utilizaban en la construcción de baterías. Por más de que no podamos decir de que ahora en adelante esto conducirá inmediatamente a una popularización del reciclaje de baterías, es un paso importante, que añade credibilidad al hecho de que, si el rendimiento y la seguridad son preocupaciones primordiales, se pueden conseguir igual de bien con materiales reciclados. 

Conclusión: el reciclaje tiene implicaciones interesantes en la cadena de suministro

Cualquiera que siga la producción global de baterías notará en cierto punto que China es el actor principal, actualmente responsable de fabricar aproximadamente el 78% de los materiales para cátodos.

Debemos recordar que los minerales metálicos no solamente salen de la tierra y van a una batería, sino que hay mucho procesamiento por hacer. En el camino actual, esta participación podría aumentar al 90% para 2030, incluso con los esfuerzos de EE. UU. para invertir y expandir sus propias capacidades internas. China ha construido una ventaja: dado que la cadena de suministro es nacional para su mercado, tienen experiencia centralizada y pueden descomponer las materias primas y la chatarra de manera más rápida y económica y colocarlas en la estructura de cátodo necesaria. China está en camino de llegar a un lugar similar con los minerales para baterías al que tiene Taiwán con los semiconductores. 

Redwood Materials es un ejemplo de una empresa estadounidense que está dando pasos bastante interesantes, pasando de simplemente vender materias primas a otros proveedores a avanzar hacia la producción de sus propios materiales catódicos. La empresa incluso ha anunciado una inversión de 3.500 millones de dólares a lo largo de 10 años en el área de Reno, Nevada, donde planea producir suficiente material de cátodo para 100 gigavatios hora de celdas de batería para 2025, aproximadamente igual a lo que hizo CATL, el productor dominante de China, el año pasado.

Si bien la demanda de reciclaje es alta, ya que el mercado está impulsando soluciones sostenibles en muchas industrias en 2022, existen riesgos en esta etapa temprana del desarrollo de la industria. Uno de ellos es si una empresa como Redwood puede aumentar la producción de metales muy puros, ya que la pureza marca la diferencia en el rendimiento de la batería. La estructura de los metales en los cátodos debe ser muy precisa. Luego, está el problema de que muchos vehículos eléctricos son bastante nuevos, por lo que todavía no hay un gran volumen de baterías de automóviles para reciclar.

El reciclaje de baterías se encuentra en un punto interesante y temprano de su desarrollo histórico, y creemos que podría ser un eslabón importante en la cadena de valor del almacenamiento de energía, a medida que la tendencia crezca en el futuro.

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