Las lecciones y limitaciones del litio

Antes de que el Modelo T de Ford hiciera que los vehículos a gasolina fueran omnipresentes en nuestra sociedad, los consumidores más exigentes preferían los autos eléctricos por su falta de emisiones nocivas. Ahora, el regreso del EV no solo es inminente, es prácticamente un imperativo. A la luz de las regulaciones más estrictas sobre las emisiones de gases de efecto invernadero y varios estados que prohíben la venta futura de automóviles que funcionan con petróleo, las ventas de vehículos eléctricos han aumentado rápidamente en los últimos años, y los datos muestran que quienes hacen el cambio no miran hacia atrás.

Para mantenerse al día con la mayor demanda de automóviles eléctricos, las baterías que alimentan estos vehículos deben ser seguras, asequibles y fáciles de obtener. Las baterías de iones de litio (Ii-ion) han sido la opción preferida para la tecnología de energía limpia hasta ahora gracias a su densidad de energía, pero no son una solución perfecta. El suministro de materias primas para estas baterías está controlado por un puñado de países propensos a la volatilidad geopolítica, mientras que la demanda ha crecido en una variedad de aplicaciones, desde la electrónica de consumo hasta la red eléctrica.

Las baterías de iones de litio también conllevan preocupaciones sobre incendios, precios en aumento relacionados con la inestabilidad de la cadena de suministro y consecuencias ambientales en torno a su producción. El mundo necesita una batería de alto rendimiento y alta densidad energética para seguir reduciendo las emisiones de carbono provocadas por el hombre en todos los sectores, pero depender de la tecnología de iones de litio como medio para ese fin puede limitar nuestro potencial de cambio.

A medida que las baterías de iones de litio se vuelven más omnipresentes como fuente de energía, también lo hacen los informes sobre sus riesgos de seguridad, es decir, incendios de baterías causados ​​por fugas térmicas. Están surgiendo noticias sobre el sobrecalentamiento de las baterías de los scooters eléctricos y el incendio de casas multifamiliares y edificios de apartamentos, matando a los residentes que se encuentran dentro. Solo la ciudad de Nueva York tuvo 216 incendios de batería el año pasado y al menos 24 casos en enero y febrero de este año.

Un resumen de por qué los incendios de las baterías de iones de litio son tan letales: antes de que una celda de la batería en fuga térmica realmente se incendie, expulsa gases inflamables como el fluoruro de hidrógeno y el monóxido de carbono. Estos vapores tóxicos pueden filtrarse a través de un edificio durante horas antes del momento de la combustión. A menudo provocan una explosión cuando se encienden, y el incendio subsiguiente tarda solo milisegundos en engullir un edificio.

Las instalaciones del sistema de almacenamiento de energía de baterías residenciales (BESS) aumentaron un 200 % anualmente entre 2014 y 2018, según la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias del Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. A medida que las baterías de iones de litio se vuelven más comunes en los hogares que funcionan con energía solar, existe un mayor riesgo de víctimas como resultado de un incendio fuera de control. Los bomberos de los Estados Unidos ya ven los incendios de baterías de iones de litio como un problema importante y creciente; si tales incidentes continúan, los consumidores se verán desincentivados para invertir en almacenamiento de baterías residenciales porque perciben que los riesgos son demasiado grandes.

Para las aplicaciones de red eléctrica, las ramificaciones del mal funcionamiento de las baterías de iones de litio van más allá de las preocupaciones de seguridad. Las baterías de iones de litio se utilizan cada vez más en los sistemas de energía renovable, incluida la energía solar y eólica, para almacenar la energía generada durante los períodos de alta generación y suministrarla cuando hay poca o ninguna generación. Los incendios de baterías en las centrales eléctricas de todo el mundo han provocado importantes pérdidas financieras y daños a la infraestructura, lo que en última instancia ha impedido la transición a la energía renovable. Un incendio reciente en California resultó en el cierre parcial de la autopista 1 y una orden de refugio en el lugar de siete millas cuadradas al norte del contenedor de almacenamiento en llamas.

Los vehículos eléctricos son una de las aplicaciones más prometedoras de la tecnología de iones de litio para reducir las emisiones de carbono provocadas por el hombre, pero se sabe que las baterías de los vehículos eléctricos se incendian sin previo aviso. Y debido a que las múltiples celdas pueden estar en diferentes etapas de fuga térmica, los paquetes de baterías de iones de litio pueden incendiarse nuevamente horas o días después de que se hayan extinguido las primeras llamas y aparentemente haya pasado el peligro.

Las preocupaciones de seguridad pública ya han comenzado a impedir la electrificación del transporte público. Cuando un solo autobús EV se incendió en Connecticut, los funcionarios sacaron de servicio a toda la flota y suspendieron indefinidamente los planes para reemplazar los autobuses diésel del estado. Para implementar vehículos eléctricos a una escala más amplia, los fabricantes necesitan una tecnología de batería más segura en la que el público pueda confiar, preferiblemente, una que no utilice materiales tóxicos e inflamables.

Las baterías de iones de litio son una opción aún más riesgosa para impulsar buques de carga en alta mar, ya que los incendios de las baterías pueden ser extremadamente difíciles de extinguir en el mar. Por lo tanto, la Guardia Costera de EE. UU. ha advertido a los transportistas y reguladores marítimos que tengan mucho cuidado en el transporte de baterías de iones de litio. En el caso de una explosión relacionada con una batería y un incendio en el mar, los trabajadores podrían perder la vida en el tiempo que tardan los servicios de emergencia en llegar a ellos en mar abierto.

También existen graves riesgos ambientales y económicos asociados con las baterías de iones de litio en el mar. En febrero de 2022, un incendio que comenzó a bordo del Felicity Ace, un buque de carga que transportaba casi 4000 automóviles, se extendió a los vehículos eléctricos a bordo y provocó que todo el buque se incendiara. El fuego finalmente se extinguió después de varios días de intensos esfuerzos, pero solo después de estar a la deriva durante días mientras liberaba humos tóxicos y metales pesados ​​​​en el océano circundante. En cuanto a la carga del Felicity Ace, todo se hundió junto con el barco, con un valor estimado de $ 500 millones en daños.

El transporte marítimo produce alrededor de 900 millones de toneladas métricas de contaminantes cada año y se prevé que contribuya con el 17 % de las emisiones globales de carbono para 2050. Aquí existe un enorme potencial para reducir significativamente las emisiones de los barcos reduciendo los picos en el mar y reemplazando los generadores diésel para hacer funcionar las cargas de los hoteles. . Sin embargo, la química de las baterías de iones de litio y otras baterías con componentes inflamables impide que la industria naviera se dé cuenta de este potencial porque los riesgos son demasiado altos.

Irónicamente, la producción de baterías de iones de litio a veces es peor para el clima que las baterías de vehículos de combustibles fósiles. Según el Instituto Tecnológico de Massachusetts, por ejemplo, cada tonelada de litio extraída a través de la minería de roca dura genera 15 toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono.

No ayuda que aproximadamente el 80% de la refinación y fabricación de componentes de baterías se realice en Asia, una región conocida por su consumo desenfrenado de carbón. Incluso si los fabricantes de automóviles no sienten el impacto ambiental directo de esta cadena de suministro transoceánica en la actualidad, la mejora de los informes de la cuna a la tumba puede conducir a un aumento de los impuestos sobre el carbono en el futuro.

De hecho, el precio de los paquetes de baterías de iones de litio aumentó por primera vez el año pasado debido al aumento de los costos de producción y cadena de suministro. Según BloombergNEF, estas tendencias de precios pronto tendrán un impacto negativo en la capacidad de los fabricantes de automóviles para vender vehículos eléctricos para el mercado masivo sin subsidios u otras formas de apoyo, algo que ya estamos viendo en países como Alemania.

En este caótico mercado de baterías, las industrias de almacenamiento, automotriz y marítima deben mirar más allá de la tecnología de iones de litio y buscar oportunidades de desarrollo interno. El gobierno federal de EE. UU. está invirtiendo $ 5 mil millones durante cinco años para el establecimiento de una red nacional de carga de vehículos eléctricos, y la Ley de Reducción de la Inflación de 2021 brinda incentivos a los fabricantes de automóviles para usar baterías fabricadas en América del Norte, incluido el desarrollo de nuevas tecnologías de baterías. Hay incentivos aún mayores disponibles para los propietarios de proyectos de almacenamiento y servicios públicos, que pueden recuperar más del 70% de los costos totales del proyecto de almacenamiento a través de una variedad de créditos fiscales.

Por supuesto, los consumidores determinarán en última instancia el éxito de las tecnologías de baterías alternativas. El fabricante que encuentre una batería mejor que la de iones de litio, tanto en términos de seguridad del consumidor como de costo de producción, es el que prosperará en el mercado.

Mukesh Chatter es el director ejecutivo de Alsym Energy, una empresa de tecnología que desarrolla una química de batería recargable de bajo costo y alto rendimiento que no contiene litio ni cobalto.

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