La oportunidad de las baterías de iones de litio en Argentina

Argentina, Chile y Bolivia concentran más del 60% de las reservas mundiales de litio. De allí la gran oportunidad para la extracción y procesamiento este mineral

Litio
Un tesla S en una estación de carga. /GETTY IMAGES

Cuando el káiser Guillermo envió el barco de guerra Panther al puerto de Agadir, en la costa atlántica de Marruecos, Wiston Churchill se convenció de que la guerra con Alemania era inevitable. Fue el 11 de junio de 1911. Faltaban tres años para el inicio de la Primera Guerra mundial. Ese mismo año, Churchill fue designado lord del Almirantazgo y se fijó como objetivo asegurar la supremacía en el mar de la flota británica. Uno de los mayores dilemas que enfrentó era de apariencia técnica, pero tuvo consecuencias descoumnales para el desarrollo en el siglo XX: la adaptación de la Armada Real a la propulsión con petróleo. La fuente tradicional de energía de los buques era el carbón, pero el petróleo tenía ventajas estratégicas: necesitaba menos espacio para almacenamiento en las bodegas, permitía que los buques alcanzaran mayor velocidad, era más eficiente y necesitaba menos personal a bordo para el manejo del combustible. El cambio de tecnología debía emprenderse en forma inminente, concluyó Churchill. Y el dominio de esa tecnología —en las propias palabras del líder británico— era el premio de la aventura

El desafío que enfrentó el lord del Almirantazgo revela la importancia estratégica que tiene la energía para la defensa de un país. Y también para su desarrollo. En la actualidad, uno de los debates más intensos en materia energética pasa por el dominio del litio y la tecnología para la fabricación de baterías. Hay una diferencia fundamental con el petróleo: el litio no es una fuente de energía propiamente dicha, sino una de almacenamiento. El almacenamiento de la energía ha sido una preocupación constante de la humanidad desde hace siglos. Primero, con la madera, luego el carbón y finalmente el petróleo. A comienzos del siglo XX, de la mano del desarrollo del sector eléctrico, se impulsaron estudios sobre distintas formas de almacenar energía eléctrica como energía química. Waldemar Jugner, ingeniero sueco, fabricó la primera batería recargable de la que se tiene registro: la batería de niquel-cadmio. La misma se componía de hidróxido de níquel como cátodo y cadmio como ánodo.

La primera batería de iones de litio comercialmente viable fue creada en 1985, por el doctor en química Akira Yoshino, de la Universidad de Meijo, Japón. Yoshino utilizó un ánodo de grafito, un cátodo de óxido de cobalto y como electrolito, una solución de carbonato de litio. El resultado fue una batería que permitía cientos de recargas sin deteriorase, además de una seguridad mucho mayor y una relación entre energía y peso muy superior a sus antecesoras. En 2019, la academia sueca otorgó el premio Nobel a tres investigadores, Stanley Whittingham, John Goodenough y Akira Yoshino, por sus aportes al desarrollo de las baterías de iones de litio, hoy extensamente utilizadas en distintos artefactos de uso diario, así como también en automóviles eléctricos.

Una ventaja crucial para Argentina es la existencia de grandes yacimientos de litio en territorio nacional. Argentina, Chile y Bolivia están en el denominado Triángulo de Litio. Se calcula que entre los tres países, sumados, concentran más del 60% de las reservas mundiales de litio. De allí la gran oportunidad para la extracción y procesamiento este mineral. Aunque vale aclarar que el litio no es el único mineral involucrado en la fabricación de baterías. Es el fundamental, pero sin el resto de sus componentes no sería posible la producción de los acumuladores.

Dos empresas extraen litio actualmente en la puna argentina a escala industrial y al menos cinco compañías están en etapa de exploración. Entre el 70% y el 80% del carbonato de litio extraido tiene como destino Asia. Enviado a granel a las costas de Chile por un corredor, desde donde es despachado hacia los grandes fabricantes de baterías a nivel mundial.

El litio como materia prima

El subsecretario de Minería del presidente Arturo Illia, Luciano Catalano, describió en detalle en 1964 la distribución del litio en el territorio argentino. Asentó esos estudios en su libro Boro, Berilio y Litio, una nueva fuente de energía. En el mismo, describe en forma detallada varios salares como el Hombre Muerto, Rincón, Olaroz y Centenario.

Por aquel entonces, el litio se utilizaba como mineral, principalmente en la industria química y metalúrgica, como también en la farmacéutica y aún estaba lejos de la demanda actual. La fabricación de cátodos de litio para batería, principalmente los últimos 20 años, generan la demanda mundial actual de este mineral en dos formas: la de carbonato de litio e hidróxido de litio.

El litio es el más liviano de los metales y uno de los más reactivos. No lo encontramos en la naturaleza en su estado puro, sino en forma de productos químicos inorgánicos, como sales de cloruro de litio. Existen dos fuentes principales para extraer litio: salmueras y rocas duras. Por ende, este mineral posee dos formas distintas de minería, la llamada y la extracción de salmueras de los salares.

Los salares son formaciones geológicas que se encuentran en cuencas continentales y que no drenan hacia el mar. Se acumulan en estas cuencas, por miles de años, sedimentos de distintas sales de sodio, potasio, magnesio y, por supuesto, litio; la mayoría de ellos, como cloruros. El proceso extractivo consiste, básicamente, en perforar en el salar un pozo a distintas profundidades. Una vez alcanzada la profundidad deseada, se extrae la salmuera con bombas que la impulsan a una planta de tratamiento y separación primaria o a piletones de gran tamaño, llamados pozas. Allí se produce la concentración final por medio de evaporación solar. La evaporación es muy lenta y los piletones tienen una gran extensión, que llega a varias hectáreas en algunos casos,  con profundidades del orden de los 30 centímetros. La velocidad del proceso varía de acuerdo a distintos factores, pero está entre los 1,5 y 6 litros diarios por metro cuadrado. Para la fabricación de baterías con carbonato de litio o hidróxido de litio se necesita un grado de pureza superior al 99%. Es el llamado litio en grado batería.

baterías de iones de litio
Pack de Baterias de Tesla
Las baterías de litio a escala Industrial

El 27 de mayo de 2020, Volkswagen aumentó su participación accionaria en Guoxuan, una empresa china que fabrica baterías de iones de litio. Es una operación trascendental, ya que Volkswagen es la segunda fabricante de autos a nivel mundial. La estrategia de la empresa alemana es clara: integrar en forma vertical la producción de baterías para sus automóviles.

Las baterías representan, en algunos casos, hasta el 50% del costo de producción de un auto eléctrico. Es allí donde reside la importancia de su control y conocimiento. Volkswagen, al igual que Audi, Mercedes-Benz, Porsche y otros, buscan incorporar en su cadena de valor el control del costo de producción de las baterías de iones de litio. Es algo que Tesla, fabricante estadounidense de autos eléctricos, sabe y aplica en sus tres fábricas en EEUU y China, como también lo hará en su próxima en las afueras de Berlín.

Existen distintos tipos de baterías de iones de litio. De acuerdo a los componentes que la conforman, se obtienen diferentes rendimientos. Los minerales involucrados son, en general, manganeso, níquel, cobalto, aluminio, hierro y el compuesto fosfato. La combinación de estos minerales responde a cuatro factores, que responden a las presataciones necesarias de los vehículos eléctricos: la alta densidad energética, es decir, la energía entregada por la batería por unidad de peso, busca una conducción constante a medida que la misma se descarga; la alta densidad de potencia, para proveer una buena aceleración; un ciclo de vida largo, para que tolere las recargas, con poco mantenimiento; por último, el bajo costo.

Cómo funcionan las baterías de iones de litio

Las baterías, que la industria denomina celda, están compuestas por tres elementos principales: el ánodo (electrodo negativo), el cátodo (electrodo positivo) y el electrolito (medio por el cual se transfieren las cargas). Varias celdas conforman una unidad llamada módulo y varios módulos forman un pack de baterías. Dentro del pack, y no menos importante, está el software que gobierna la carga, descarga y control de entrega de energía. En los autos eléctricos, los pack de baterías están montados en el  chasis y forman parte de su estructura. El pack se encuentra físicamente debajo del habitáculo del automóvil y se extiende en toda su geometría. El Tesla Modelo S 7104 tiene celdas repartidas en 16 módulos de 444 celdas cada uno. Esta configuración permite almacenar 85 kilowatts-hora de energía. Las celdas son fabricadas por el socio de Tesla, Panasonic.

Las celdas de las baterías de iones de litio se fabrican en tres formas básicas: cilíndrica, prismática y la llamada pouch (o envase). Las cilíndricas son las más conocidas; aquellas que usamos para el control remoto o las linternas pequeñas. Las prismáticas son las utilizadas en los celulares y computadoras personales. Los módulos están conformados por el tipo cilíndrico. Durante los últimos años se han probado otras configuraciones en su estructuración.

La tecnología para la fabricación de litio avanza en forma acelerada y la escala de producción está en aumento, con fuertes inversiones. La combinación de estos dos factores explica por qué, a pesar del incremento en la demanda de baterías de litio, el precio de las mismas ha se ha reducido en los últimos años.

Argentina no debería quedar rezagada en el desarrollo de la tecnología para fabricar baterías de iones de lito. Es cierto que conlleva una ingeniería compleja y un proceso productivo difícil de realizar, pero en el país existe país gran caudal de talento en lo referente a altas tecnologías, como lo demuestran los avances en materia de energía nuclear y tecnología satelital. El dominio de esta tecnología, como decía Churchill sobre el petróleo, es el premio de la aventura.


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