Por Martín Bronsteín
Las energías renovables como la eólica, solar o geotérmica aportan cada vez más a la generación eléctrica, pero sólo el 40% de la energía primaria se utiliza con este fin. El resto de la energía primaria se utiliza para la industria, comercio y transporte. Esta situación limitaba el aporte de las renovables, ya que el 95% del transporte se mueve con derivados del petróleo. Esta situación empezó a cambiar hace pocos años con el desarrollo de las baterías de ion-litio, que sacaron del estancamiento de décadas al auto eléctrico al lograr aumentar de manera significativa la capacidad de almacenamiento y el ciclo de cargas. Hoy, un número cada vez más creciente de políticos, especialistas y empresarios consideran que el auto eléctrico representa el futuro del transporte, por lo menos en lo que respecta al transporte terrestre y de uso particular. Por ejemplo, en algunos países europeos se está anunciando que para 2040 cesaría la producción de automóviles impulsados por motores de combustión interna. En general, las prospectivas energéticas no suelen ser muy precisas, pero está claro que la clave del funcionamiento de los autos eléctricos reside hoy en el almacenamiento de energía eléctrica en las baterías de ion-litio. Esto nos lleva a analizar, así como se hace con los hidrocarburos, sobre las reservas y suministros del litio.
Principales características del Litio:
En 2015, la producción mundial de Litio fue de 32.500 toneladas anuales y las reservas se estimaron en 14 millones de toneladas, una relación reservas producción de 431 años tomando como referencia esos niveles de producción y consumo.
Sin embargo, se estima que el consumo mundial de Litio se cuadriplicará hacia 2025, lo que reduce la relación de producción/ reservas y la ubica en 108 años. Además, se espera que el consumo de este mineral sea cada vez mayor, por lo que esa relación iría en descenso salvo que se descubran nuevas reservas. Sin embargo, el aumento de la demanda y de los precios permitirá un aumento de la actividad minera, por lo que se espera descubrir nuevos yacimientos tal como ocurre en todas las actividades extractivas
Las fabricación de las baterías de ion-litio representan el 35% de la demanda global de este mineral en la actualidad. A su vez, en 2015/16 los vehículos eléctricos representaron el 64% de la demanda de baterías de ion-litio, el resto se utilizó en las baterías de dispositivos como celulares o computadoras. De esta forma, los autos eléctricos utilizan hoy el 22% del consumo mundial de litio.
En 2015, China era el fabricante del 32,5% de las baterías de ion-litio a nivel mundial, seguido por Estados Unidos con el 7,3% y la Unión Europea con el 3,5%. Para 2018 se calcula que esto se modificará con un gran incremento de China (42%) y Estados Unidos (32%), la UE, por su parte, descenderá a sólo el 1,4%.
El gran crecimiento en la fabricación de baterías en los Estados Unidos se debe a la Giga Factory de Tesla, que está proyectando la fabricación de 35 GWh de baterías de ion-litio por año.
Los usos principales de las baterías de ion-litio en 2016 fueron:
- Celular 19%
- Tablet 7.3%
- Computadoras 10.2%
- Autos eléctricos 28.8%
- Plugin híbrido EV 5.3%
- Buses eléctricos en China 29,3%
La cifra de los buses eléctricos en China es asombrosa, debido a que 94.000 vehículos fueron producidos en 2015
Las baterías de ion-litio han sido uno de los pilares fundamentales de las nueva era de los dispositivos móviles que ha permitido la proliferación de las redes sociales. Este tipo de baterías constituyó el elemento disruptivo que permitió la masificación y el uso de estas redes, con todas las implicancias que están generando en la dinámica social. Este tipo de baterías tiene la capacidad de almacenar mucha más energía que sus pares. La siguiente tabla nos muestra como las baterías de ion-litio ofrecen entre 4 y 5 veces la cantidad de energía que las baterías VRLA de plomo y ácido, su competidora más cercana. Esto queda en evidencia con el rendimiento de un auto eléctrico, que con las ion-litio puede recorrer alrededor de 300 km, mientras que con de ácido y plomo realiza sólo entre 50 y 60 km. Más allá de un coste inicial más alto, ofrece una serie considerables de ventajas que podemos observar a continuación.
El dato crucial sobre el cual se sustenta la ventaja de las batería de ion-litio por sobre las de plomo y ácido reside en la densidad energética, permite almacenar una mayor cantidad de energía por unidad de peso. Esto es lo que permitió que hoy exista el auto eléctrico como realidad y deje de ser un proyecto como ocurrió en los últimos treinta años. El costo de estas baterías es mucho más alto, aunque como gozan de grandes subsidios, pueden venderse a un costo aproximado de US$ 600 el kwh. Esto hace que un auto eléctrico madiano tenga un costo de aproximadamente US$ 40.000 en su pack de baterías. Además, otro problema es el ciclo de cargas que limita la durabilidad de las baterías y el tiempo de recarga. Para superar estos problemas, Tesla ofrece hoy el reemplazo gratis del pack de baterías y una cantidad de recargas gratuitas en los surtidores eléctricos de alta potencia.
Otro punto importante que debemos mencionar es que la mayoría de las baterías de ion-litio, hoy en día, utilizan un compuesto de litio y cobalto (Co) en el electrolito, por lo que la disponibilidad de cobalto es tan importante como el litio. Existen alternativas a la utilización de Co como el manganeso (Mn), aunque ofrece un rendimiento más pobre, pero la tecnología puede verse forzada a utilizar ese componente si la disponibilidad de cobalto resulta ser un factor limitante. En la tabla que sigue podemos observar una serie de datos para comprender mejor la realidad de estos dos minerales tan importantes en el futuro. Los datos corresponden al año 2015.
Vemos que para el litio la relación producción (32.500 toneladas anuales) y reservas (14 millones) nos sugiere que tenemos recursos aprovechables por 431 años con la tasa de consumo actual. Por lo que claramente no existe una preocupación inmediata. Más allá de esto, se espera que crezca sustancialmente el consumo de litio por lo que se acortará el tiempo arriba proyectado. También debemos destacar que es factible que se descubran nuevas reservas.
Haciendo las mismas proyecciones para el cobalto, tomando como referencia una producción anual de 99 mil toneladas y 7,1 millones de toneladas de reserva, podemos observar que tenemos recursos de este mineral a los niveles actuales por 72 años. Por lo que el cobalto es una fuente con proyecciones más cortas que el litio. Salvo claro está, que en algún momento se puedan aprovechar los 120 millones de toneladas de recursos a nivel global, en ese caso tendríamos cobalto por 1.200 años. Por lo que no habría mucho de que preocuparse.
La producción de litio se distribuye entre varios países, entre los que destacan Chile, Argentina, Bolivia, China y Australia. Mientras que la oferta de cobalto está dominada por la República Democrática del Congo, la cual se encuentra bajo permanentes conflictos geopolíticos.
La materia prima de las baterías: el litio
El litio es un metal alcalino que comparte propiedades químicas con el sodio (Na) y el potasio (K). Es por esta razón que las principales fuentes de este mineral se encuentran en las salinas o bien en las formaciones rocosas que contienen spodumena, un mineral compuesto, entre otros elementos, por Li2O. En el siguiente gráfico podemos observar los principales productores mundiales históricos de litio.
El 50% de la oferta mundial de litio proviene de las salinas, los principales yacimientos de este tipo se encuentran en nuestra región. En China y Estados Unidos se produce tanto mediante salares como también en formaciones rocosas. Este último tipo es el que predomina en Australia.
Batería de ion-litio
En la actualidad, China lidera la producción mundial de baterías de ion-litio con un 32,4% (16.704MWh) del mercado mundial. Mientras que los Estados Unidos cuentan con 7,3% (3.770MWh) y la Unión Europea un 3,5% (1.798MWh). Corea del sur con el 31,1% (16.059MWh) y Japón con el 20,9% (10.778MWh) son, junto a China, los otros dos grandes productores mundiales de este tipo de baterías. La producción mundial de baterías es equivalente a 51.549 MWh
Para poder analizar concretamente estas cifras, el auto eléctrico Tesla Modelo S tiene un paquete de baterías de 75 KWh. Por lo que la producción anual de baterías actualmente alcanza para alimentar 687.320 nuevos de este tipo de vehículos.
China continúa expandiendo su producción y está fabricando baterías por 18.730 MWh (36,33% del total actual). Por su parte, Estados Unidos anunció que está planeando producir 35.000 MWh de nuevas baterías lo que permitiría ampliar el total actual en casi un 70%.
Uso actual de las baterías
Los siguientes cuadros resumen el uso hoy en día que tienen las baterías de ion-litio (datos de 2016). Un primer dato a tener en cuenta, es que China desplegó el año pasado 94.000 buses eléctricos consumiendo 21,6 GWh de baterías. Esto sumado a la totalidad de baterías utilizadas en dispositivos móviles y en vehículos eléctricos o híbridos nos da un total de baterías a nivel mundial equivalente a 73,7 GWh distribuidos de la siguiente manera.
Los vehículos eléctricos (excluyendo el eBus chino) representan actualmente el 34,1% y esta cifra crecerá sustancialmente. Sin embargo, debemos recordar que las baterías consumen el 35% de la producción total de litio y, por lo tanto, las baterías de los autos eléctricos representan actualmente sólo el 12% de los suministros totales de este mineral. Esto se puede ver de manera clara en el siguiente gráfico.
Este gráfico es una proyección que muestra donde se espera que sea el crecimiento futuro de la demanda de litio. La unidad del mismo es toneladas por año.
Mientras que otros usos se mantienen constantes en 20.700 toneladas por año, el consumo en electrónica en 20.700 toneladas por año para 2025. Pero el dato fundamental es el masivo crecimiento de los vehículos eléctricos para los próximos 10 años, de 7.500 a 80.000 toneladas por año en 2025. Sin embargo, estas proyecciones no son del todo seguras. Uno de los puntos críticos para estas proyecciones es saber si será posible que la oferta mundial se cuadruplique en un período tan corto de tiempo.
