Retos del litio en la transición energética

Vehículo eléctrico conectado a la red

El sistema energético y la movilidad están en proceso de transformación. El almacenamiento de energía a corto y largo plazo juega un papel crucial en el tránsito hacia un modelo energético sostenible. A corto plazo, las baterías son una tecnología competitiva en el sector automovilístico y el almacenamiento de energía. Se estima que las baterías ion-litio estarán a bordo de vehículos eléctricos e híbridos, y conectados a paneles solares y turbinas. Esto supone un incremento de la demanda en los próximos 5 años, siendo el litio el material fundamental para las baterías de vehículos eléctricos. Las baterías también evolucionarán y se espera que sean más seguras,  siendo estas ya las baterías en estado sólido. No obstante, cada paso tiene un impacto que amenaza la estabilidad de ciertos ecosistemas cuyos límites pueden verse sobrepasados.

¿Somos conscientes del número de baterías de litio que tenemos en casa? Probablemente hace 10 años no tendríamos más que una batería de litio. Hoy en día, podremos tener incluso más de 20: comencemos por los móviles, cámaras, portátiles, equipos médicos y otros artilugios que usen baterías eléctricas. No es nada nuevo para el consumidor. La movilidad se ha sumado, requiere de su uso para reducir la contaminación atmosférica y a largo plazo mitigar los efectos del cambio climático. Pero para esto último, es urgente una gestión adecuada del recurso natural.

En el caso del cobalto, ha mostrado tener un impacto negativo. La extracción minera del cobalto —igual que el coltán, cobre y níquel— han vulnerado los Derechos Humanos en la República Democrática de Congo (RDC), siendo el principal grupo de interés afectado. Cabe destacar que el 50% del suministro global proviene de la RDC. Como respuesta a ello, se está comenzando a fabricar baterías libres de cobalto. Por ejemplo, el suministrador de baterías de Tesla, Panasonic, ha reducido substancialmente el uso de cobalto. El cobalto ha sido siempre más demandado que el litio. No obstante, la creciente demanda de vehículos eléctricos requiere baterías con mayor densidad de energía (energía acumulada). Las baterías de ion-litio son las indicadas y se espera que su demanda total supere a la del cobalto —con una actual disminución en su crecimiento—, cuyas reservas son muy inferiores a las de litio.

Evolución en la demanda de litio y cobalto por las baterías, considerando vehículos eléctricos, híbridos e híbridos enchufables, autobuses y camiones de todos los pesos. Fuente: McKinsey Basic Materials Institute.

Contexto actual

Las reservas de Litio fácilmente extraíble conocidas se encuentran en Argentina, Bolivia y Chile (triángulo ABC), donde se encuentra el 50% aproximadamente. En el caso de otros países, como China, Australia, EEUU —el otro 50% restante—, la roca dura dificulta la extracción. En el último informe de US Geological Survey, se puede observar el incremento en la producción minera de cada país mencionado. Por otro lado, la fabricación de baterías se centra en China, Japón, Corea del Sur y EEUU. Las compañías que lideran su producción a escala global son LG Chem, BYD y Panasonic (esta última proveedora de Tesla), de Corea del Sur, China y Japón respectivamente.

En cuanto a Europa, la capacidad de fabricar baterías dará un gran brinco, reconociendo que la mayor inversión proviene de empresas asiáticas. Nuevas sinergias están surgiendo entre fabricantes de baterías como Northvolt y fabricantes de vehículos eléctricos como Volkswagen (VW). Transport and Environment estima que, para 2025, el mayor número de modelos de vehículos eléctricos en el mercado de la UE sean de Grupo VW. No obstante, en el sector automovilístico, el mayor fabricante de vehículos eléctricos del mundo es China.

Datos en toneladas de litio. Datos no divulgados en EEUU. Fuente: US Geological Survey.

En resumen, la cadena de suministro de la batería de ion-litio comienza en su extracción minera, seguido por refino (purificación de la sustancia química), modificación química, la adicción de materiales activos y finalmente los componentes de la celda. Algunos aditivos son añadidos a los materiales activos como el grafito. Los negocios involucrados se dividen en tres: síntesis del material (materia prima), fabricación de la celda (electrodos y materiales activos) y ensamblaje del sistema completo (módulo). La cantidad de capital invertido para los dos primeros negocios es muy alta y la capacidad de producción de algunos componentes, como el separador (componente de la batería), es escaso. En cambio, para el negocio de ensamblaje del módulo y el sistema completo de la batería es mucho menos intensivo, siendo un trabajo muy manual y, por lo tanto, tiende a ser automatizado.

Por último, el reciclaje de las baterías de ion-litio es todavía muy bajo. El informe de McKinsey&Company, Lithium and cobalt —a tale of two commodities—, indica que hay prototipos que intentan extraer los materiales valiosos, pero todavía falta avance. Es importante que la industria invierta y encuentre una ruta óptima de reciclaje frente a la creciente demanda de baterías. Los materiales obtenidos (metales como cobre, cobalto, zink, entre otros) son potencialmente peligrosos, y su reciclaje o reutilización debe ser considerado antes de acabar en vertederos.

Ejemplo cadena de suministro del fabricante KN. Fuente: KN Responsabilidad Social Corporativa

La movilidad como catalizador de la transición a un nuevo modelo energético

En su último informe global sobre VE, según la Agencia Internacional de Energía, en 2017 se superaron 1 millón de unidades vendidas, un 54% superior a 2016. China es responsable de la mitad de las ventas globales y Noruega es el líder en términos de cuota de mercado, con un 39% de los vehículos vendidos. Alemania y Japón siguen la misma ruta, doblando en 2017 el número de ventas de 2016. Considerando la futura demanda de VE, el número de estaciones de carga incrementará.

Además, compañías como Tesla se enfocan en reducir lo máximo posible el tiempo de carga, desarrollando supercargadores (carga de 30 min); aunque todavía sigue siendo un reto. El precio de la batería —cubre la mayor parte del precio total del VE— disminuirá debido a: un mayor volumen producido, avances en el reciclaje y nuevas baterías con mayor densidad de energía, y mismo consumo de materia prima. Definitivamente, se esta comenzando a ver un desajuste en el litio, y es que resulta que hay más oferta de litio de lo que realmente se está demandando en el mercado, sobre todo en cuanto a vehículos eléctricos se refiere.

Demanda total de electricidad por VE y país, 2017, asumiendo consumo de vehículos ligeros (LDV), bus y 2 ruedas. Fuente: IEA análisis based on country submissions, 2018.

Asumiendo una creciente demanda en los siguientes años, el número de VE conectados a la red eléctrica en casa o en el trabajo será muy abundante. Para que la red eléctrica pueda abastecer tal magnitud de estaciones de carga, se requerirá una inversión extra para mejorar la infraestructura de abastecimiento. Frente a esta inmensa flota de VE conectándose y desconectándose de la red —que será inmensa—, el precio para cargar variará principalmente en base a la demanda. Igual que el precio de la luz, la carga del vehículo será más barata por la noche siendo menor la demanda energética.

La gran incógnita está fuera de casa. ¿Cómo calcular el precio que se ha de pagar por cargar el coche? ¿Se pagará por el precio de la energía en el momento de carga considerando picos máximos? Las estaciones de carga también serán útiles para descargar. El precio variará y, durante un periodo de tiempo enchufado, puede que cargar el coche haya sido mas barato. Durante este periodo, la estación de carga (el fabricante de VE) servirá electricidad a la red desde el VE. Un ejemplo puede ser la zona de oficinas, donde hay mayor acceso a la red. El coche puede estar enchufado a la red durante 8 horas de trabajo, generando en el spot market y resultando en una carga más barata para el consumidor.

Este pronóstico se está convirtiendo en realidad a través los modelos de negocio emergentes Vehicle-to-Home (V2H) y Vehicle-to-Grid (V2G). Estos dos modelos muestran un sistema bidireccional. Tan sencillo como servir al sistema, cargar la batería donde este más barata (en el trabajo o procedente de renovables) y traerla casa, reduciendo la carga pico en la red. En pocos segundos se podrá repartir la energía almacenada. Las baterías (corriente continua, CD) se conectan a la red (corriente alterna, CA) a través del vehículo.

El vínculo entre el VE y el almacenamiento de energía ha sido ya aprovechada por fabricantes de automóviles, dando soluciones de almacenamiento de energía a sus clientes. Nissan y Eaton han presentado Xstorage Home, que almacena electricidad en los periodos más económicos del día de la siguiente manera: pudiendo almacenar un excedente de energía renovable procedente de paneles solares; haciendo uso de la red en horas valle (antónimo de hora punta) o utilizando fuentes renovables como solar para optimizar costes; y lo más importante, dando una segunda vida a la batería del VE. Por lo tanto, el consumidor también es productor de electricidad.[AGG1]  Las baterías ion-litio tienen una vida media de 5 a 10 años en los vehículos, dejando de cumplir con los requerimientos que demanda los VE. No obstante, puede usarse posteriormente para aplicaciones menos intensivas, como por ejemplo en casa. Como resultado, los fabricantes de vehículos y las compañías eléctricas también venden soluciones para almacenar energía, electricidad, servicios a la red y autoconsumo.

Retos del litio

La demanda por minerales como el litio (lo mismo con cobalto, cobre y níquel) se expande a causa del interés de las compañías por fabricar la tecnología necesaria para acelerar la transición a un modelo bajo en carbono, desde vehículos eléctricos hasta paneles solares y turbinas eólicas. Comenzando por la extracción minera, esta conlleva un impacto considerable sobre el medio ambiente y los derechos humanos. El consumo de agua es excesivo, y un ejemplo actual es el Salar de Atacama, Chile, siendo el segundo país mayor producción después de Australia (tabla de US Geological Survey).

The Transition minerals tracker Project monitoriza las implicaciones sociales en el boom mineral, ha registrado 37 compañías operando y ya un numero de 167 alegaciones. También ofrece estudios en base a las demandas por los VE, turbinas y paneles solares. Este mismo año en Jujuy (Argentina), en la zona de Olaroz-Cauchari, no se ha respetado la consulta a comunidades, incumpliendo debidamente con los estándares internacionales ni legislación nacional.

Salar de Atacama. Fuente: El País

Posteriormente a la extracción minera, las vueltas que pueden dar toneladas de litio al mundo son numerosas: extraer el mineral, fabricar la batería ion-litio (3 diferentes negocios implicados), fabricar el VE y finalmente su llegada al consumidor. El último informe de Transport and Environment sobre el Análisis de Ciclo de Vida del Impacto Climático de los VE, hace referencia al mix eléctrico (también denominado matriz energética) de cada país. Esto se debe a que los VE pueden ser propulsados a través de diferentes fuentes primarias de energía, como puede ser el gas, carbón, petróleo, biomasa, eólica, solar y nuclear.

La huella de carbono de la electricidad distribuida a los vehículos eléctricos es de gran importancia para el desempeño total medioambiental. Por lo tanto, se ha de seguir considerando los gases de efecto invernadero, los cuales no dependen directamente de la batería. En la página web Electricity map, se puede observar el mix eléctrico de cada país y región , la producción primaria, el consumo de electricidad, y las emisiones de carbón.

Ejemplo de la UE. Huella de carbono de algunos miembros de 2015. Pronóstico del mix eléctrico en 2015, 2020, 2030 y 2050. Fuente: Transport and Environment.

Gestión de riesgos y oportunidades para una Transición Justa.

Efectivamente la revolución de las baterías está a la vuelta de la esquina, para ello hay que anticipar riesgos e impactos ambientales y sociales; principalmente, reducir la huella ecológica de las baterías y otros minerales. Prolongar su vida útil y el reciclaje son esenciales; para promover estas dos rutas hace falta regulación, financiación e innovación en los modelos de negocio en el mercado. Un ejemplo es la barrera que supone al envío por transporte de residuos para recuperar materiales, que es todavía un asunto complejo, el cual implica una carga administrativa y altos costes.

Para muchos consumidores la propiedad del producto todavía sigue siendo prioritario y se prioriza el precio del producto sobre el beneficio económico, obtenido durante el ciclo de vida completo, al disponer del producto como un servicio. Se ha de mejorar la demanda de servicios y productos circulares en relación con los productos tradicionales no circulares. En cuanto al comercio, las principales dificultades son la transparencia en el origen y contenido del producto y la falta de cooperación múltiple a través de la cadena de suministro. En el caso de las baterías, hay diferentes maneras de medir el estado de salud y ninguna estandarización al respecto. Sería conveniente llevar un control adecuado del estado de las baterías si se requieren sinergias con total transparencia.

Ahora más que nunca el consumidor comienza a enfocarse en sus valores, y no solo se asegura de que la nueva tecnología funcione, también que sea éticamente responsable, demandando un fuerte compromiso por parte de las compañías con los grupos de interés. Hay plataformas que optan por ofrecer medios adecuados para informar sobre el desempeño social de las grandes corporaciones, como por ejemplo Business and Human Rights.

Acerca de Alberto Fernández Gil

Graduado en Ciencias Ambientales y especializado en Gestión Ambiental en la empresa. Experiencia en Sostenibilidad y RSC en el sector energético. Interesado en Cambio Climático y el desarrollo ambiental y social.

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