Carga completa, parte 1: cómo las baterías combaten la crisis climática

Fuente: https://www.energy.gov/

En el primero de dos episodios, analizaremos de cerca algo que todos estos vehículos eléctricos tienen en común: una batería. ¿De dónde vienen? ¿Cómo funcionan? Y cómo trabaja Estados Unidos para satisfacer la demanda de millones de baterías para vehículos eléctricos, almacenamiento en la red y más.

*Este episodio se emitió originalmente el 17 de octubre de 2023.

https://share.transistor.fm/e/af8cbb6c

Departamento de Energía de Estados Unidos

Destacado en este episodio

Michael Berube
Subsecretario adjunto de Transporte y Combustibles Sostenibles
Departamento de Energía 

Venkat Srinivasan
Director del Centro Colaborativo de Argonne para el Almacenamiento de Energía 
Laboratorio Nacional de Argonne

Dra. Mallory Clites
Gerente de Implementación de Cadenas de Suministro
Oficina de Cadenas de Suministro de Energía de Manufactura
Departamento de Energía

Transcripción de la entrevista:

SARAH HARMAN: Hola, oyentes de Direct Current. ¡Bienvenidos a la quinta temporada del podcast! Soy su anfitriona, Sarah Harman, y hoy comenzamos con las baterías. Desde que el presidente Biden asumió el cargo, la industria de fabricación y cadena de suministro de baterías ha experimentado un auge en Estados Unidos. Hasta la fecha, se han anunciado más de 120 mil millones de dólares en inversiones del sector privado, 250 instalaciones de procesamiento y fabricación nuevas o ampliadas y más de 80 000 posibles nuevos puestos de trabajo. Para poner las cosas en perspectiva, estas fábricas de celdas de batería anunciadas podrían suministrar 10 millones de vehículos eléctricos nuevos cada año.

SARAH HARMAN: En resumen: la agenda Invertir en Estados Unidos del presidente Biden está impulsando la independencia energética de Estados Unidos, fortaleciendo la seguridad nacional y apoyando empleos bien remunerados aquí en casa.

SARAH HARMAN: Ahora… antes de pasar a la segunda parte de nuestra serie de dos partes sobre baterías, aquí hay una retransmisión de la primera parte para refrescar su memoria sobre dónde la dejamos.

SARAH HARMAN: Sin más preámbulos, aquí está la primera parte de Fully Charged: Cómo las baterías están combatiendo la crisis climática…

SARAH HARMAN: ¿Qué pasaría si nunca más tuvieras que preocuparte por los precios de la gasolina?

(RECORTES DE NOTICIAS Y REPRODUCCIÓN MUSICAL)

SARAH HARMAN: ¿O si nunca tuvieras que ir a una gasolinera a cargar combustible?

SARAH HARMAN: ¿Qué pasaría si nunca tuvieras que cambiar el aceite o revisar el sistema de emisiones? ¿Si nunca te quedaras sin transporte porque una de las delicadas piezas que componen un motor de combustión decidió de repente dejar de funcionar?

(SONIDOS DE TALLER MECANICO)

SARAH HARMAN: Suena bastante bien, ¿verdad?

(SUAVE MÚSICA DE PIANO SE DESVANECE)

SARAH HARMAN: Si todo esto le parece atractivo, no se preocupe, no es el único. Millones de conductores en Estados Unidos están optando por los vehículos eléctricos y están diciendo adiós a las molestias y los costos inesperados que implica el mantenimiento de un automóvil a gasolina.

SARAH HARMAN: Es una buena noticia para el planeta, ya que el transporte es responsable del 20 por ciento de todas las emisiones de gases de efecto invernadero, y los automóviles y camiones ligeros son responsables del 49 por ciento de esa cifra. Por lo tanto, si queremos hacer mella en la crisis climática, vamos a tener que reemplazar una gran cantidad de motores de combustión por alternativas no contaminantes.

SARAH HARMAN: Esto significa que habrá muchos más vehículos eléctricos en las carreteras en los próximos años. La demanda ya está aumentando. Se ven anuncios televisivos de vehículos eléctricos con celebridades de renombre, y casi todas las grandes empresas automovilísticas están lanzando decenas de nuevos modelos eléctricos. De hecho, algunos de los principales fabricantes de automóviles dejarán de producir vehículos que funcionen con gasolina o diésel en los próximos 14 años, reemplazando el campo por automóviles totalmente eléctricos. Y eso no es sin ayuda: en agosto de 2023, el Departamento de Energía anunció un paquete de financiación y préstamos de 15.500 millones de dólares centrado en la reequipación de las fábricas existentes para la transición a la electricidad, la promoción de buenos empleos y una transición justa a los vehículos eléctricos.

SARAH HARMAN: Y gracias a la agenda de inversión en Estados Unidos del presidente Biden, los futuros conductores de vehículos eléctricos ahora pueden recibir créditos fiscales cuando compren un vehículo eléctrico nuevo o usado. Esto también significa una gran inversión en infraestructura de carga a nivel nacional, lo que deja una cosa muy clara: estamos avanzando hacia el futuro en un vehículo eléctrico, alimentado por las baterías que llevan dentro.

SARAH HARMAN: Soy Sarah Harman. Estás escuchando Direct Current, el podcast del Departamento de Energía.

SARAH HARMAN: Hoy vamos a echar un vistazo a lo que todos estos vehículos eléctricos tienen en común: una batería. ¿De dónde vienen? ¿Cómo funcionan? ¿Y cómo trabaja Estados Unidos para satisfacer la demanda de millones de baterías para vehículos eléctricos, almacenamiento en la red y más?

SARAH HARMAN: ¡Quédate con nosotros y descúbrelo después del salto!

(OBRAS DE TEMA DE CORRIENTE DIRECTA)

SARAH HARMAN: Las baterías están por todas partes: en nuestros hogares, en las tiendas y los restaurantes, en nuestros escritorios y en nuestros bolsillos. Y, cada vez más, también alimentan nuestros coches.

MICHAEL BERUBE: Si lo piensas, las mejoras en las baterías durante las últimas décadas han revolucionado absolutamente gran parte de nuestra vida cotidiana. Y gran parte de eso se debe a los teléfonos celulares y las computadoras. Los teléfonos celulares que tenemos hoy no serían posibles si no hubiera habido estas mejoras espectaculares en las baterías, pero también se aplica a cosas como los audífonos y cosas como las baterías que existen. Así que hay una amplia gama de artículos.

SARAH HARMAN: Soy Michael Berube, subsecretario adjunto de Transporte y Combustibles Sustentables del Departamento de Energía.

MICHAEL BERUBE: Lo que resulta realmente interesante y que mucha gente no sabe es que las baterías que se encuentran hoy en día en los teléfonos y en las computadoras son en gran medida la tecnología que el Departamento de Energía ha desarrollado y perfeccionado. Esa misma tecnología de esas baterías es la que estamos desarrollando ahora para incorporarla a los vehículos eléctricos.

SARAH HARMAN: Y los automóviles y camiones eléctricos se están convirtiendo rápidamente en el destino número uno para esas baterías.

MICHAEL BERUBE: Hoy, si nos remontamos a unos pocos años atrás y vemos dónde se utilizan las baterías, la gran mayoría se destinaban a productos electrónicos de consumo (ordenadores, teléfonos, principalmente), pero si hacemos proyecciones incluso dentro de un año, ese sector será superado por los vehículos eléctricos.

SARAH HARMAN: Y dado que algunas estimaciones proyectan que más de la mitad de las ventas de automóviles en Estados Unidos serán eléctricas en 2023, eso significa que las baterías tendrán que satisfacer la demanda.

MICHAEL BERUBE: La demanda de baterías ha ido en aumento y sigue creciendo de forma espectacular. Ya se han anunciado inversiones de entre 80 y 90 mil millones de dólares solo en Estados Unidos en nuevas plantas y componentes relacionados con las baterías para fabricar las baterías en sí. Así que se está realizando una enorme cantidad de inversiones allí.

(SUENA MÚSICA SUAVE DE PIANO)

SARAH HARMAN: Hablemos de lo que hay dentro de una batería.

SARAH HARMAN: La gran mayoría de las baterías que se utilizan hoy en día, desde teléfonos celulares hasta vehículos eléctricos, son lo que llamamos baterías de “iones de litio”.

VENKAT SRINIVASAN: Entonces, si piensas en una batería, está formada por un conjunto de materiales, y esos materiales son los que almacenan la energía.

SARAH HARMAN: Ese es Venkat Srinivasan, director del Centro Colaborativo Argonne para la Ciencia del Almacenamiento de Energía en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía.

VENKAT SRINIVASAN: Y cuando usamos la palabra batería de iones de litio, nos referimos a un ion de litio que va entre los diferentes materiales, va entre lo que se llama cátodo y ánodo. En una dirección se carga la batería. En la otra dirección, se descarga la batería. El litio es el que lleva el peso, por así decirlo, el que lo mueve y hace todo el trabajo pesado. Así que sí, hemos estado usando el litio como el que hace el trabajo pesado durante los últimos 30 años.

SARAH HARMAN: Entonces, ¿por qué litio?

VENKAT SRINIVASAN: Si nos remontamos a la historia, digamos que nos remontamos a finales de los años 80 y principios de los 90, prácticamente todos usábamos baterías de plomo-ácido. Todavía las usamos hoy para arrancar el coche, todos hemos usado baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidruro metálico. Bueno, todas eran estupendas para la época en que utilizábamos esas baterías para alimentar los dispositivos que alimentábamos. Luego, a principios de los 90, apareció la batería de litio. Y la batería de litio tenía una densidad energética significativamente mayor en comparación con estas químicas anteriores. Y la densidad energética es lo más importante.

(LA MÚSICA SE DESVANECE)

SARAH HARMAN: La densidad energética. De eso se trata realmente. Cuanto más densa sea la batería, más pequeña puede ser y al mismo tiempo mantener la misma cantidad de carga. Por eso es más fácil instalarla, por ejemplo, en un teléfono móvil que ya está repleto de circuitos.

SARAH HARMAN: El litio es muy bueno para eso. Cuando salieron las primeras baterías de litio, tenían más del doble de densidad energética que sus competidoras, ¡lo cual era enorme!

SARAH HARMAN: En las décadas siguientes, ayudaron a crear una oleada de desarrollo tecnológico en la electrónica portátil y, finalmente, en los automóviles eléctricos.

SARAH HARMAN: El litio ha desempeñado un papel importante en esta revolución de las baterías que se está produciendo a nuestro alrededor, pero no es ni mucho menos el único ingrediente de las llamadas baterías de iones de litio.
SARAH HARMAN: Hay muchas otras cosas en el material: cobalto, níquel, grafito, manganeso, aluminio, cobre y flúor, por nombrar algunas. Algunas de ellas no son precisamente muy abundantes, al menos no en una forma utilizable. A esos los llamamos «minerales críticos».

MALLORY CLITES: En general, los minerales críticos son aquellos que se necesitan para sustentar la industria de la que estás hablando, ¿no es así? Y realmente no sería posible desarrollar la industria sin ellos.

SARAH HARMAN: Esa es la Dra. Mallory Clites. Ella trabaja en la Oficina de Cadenas de Suministro de Energía para la Manufactura aquí en el DOE como gerente de implementación de la cadena de suministro. Es una oficina relativamente nueva; al momento de la grabación, apenas había celebrado su primer aniversario.

MALLORY CLITES: Entonces, cuando hablamos de baterías para vehículos eléctricos y cosas así, en realidad estamos hablando de estos materiales que se encuentran dentro de las baterías y que son tecnologías comunes y comercialmente listas, y realmente no sería posible desarrollar una gran cantidad de baterías necesarias para la demanda de vehículos eléctricos que anticipamos sin tener un buen suministro de estos minerales.

SARAH HARMAN: Cuando hablamos de minerales críticos, a los que a veces se denomina “elementos de tierras raras” o “materiales críticos”, en realidad estamos hablando de cadenas de suministro.

MALLORY CLITES: Sí, creo que, cuando se oye hablar de cadena de suministro, se piensa: «No pude comprar un coche cuando quería en un momento dado» o «La madera escaseó durante la pandemia y hubo problemas con la cadena de suministro». Pero, en general, la cadena de suministro son solo los pasos por los que pasan estos productos antes de su venta final. Por lo tanto, en el caso de las cadenas de suministro de baterías, en realidad estamos hablando de las etapas que conducen a la producción de esa batería final que se utiliza en un vehículo eléctrico o en la red eléctrica.

(SUENA MÚSICA SUAVE DE PIANO)

SARAH HARMAN: Las cadenas de suministro para la fabricación de baterías, dijo Mallory, llegan hasta las materias primas, los minerales críticos y otros componentes que eventualmente se combinan a través de varios pasos para formar una batería terminada.

SARAH HARMAN: La escasez de minerales críticos, a veces denominados “elementos de tierras raras” o “materiales críticos”, puede generar cuellos de botella en la cadena de suministro.

SARAH HARMAN: Esto es un problema, cuando se habla de la necesidad de producir millones de baterías nuevas para una industria de vehículos eléctricos en crecimiento. Venkat nos habla de nuevo.

VENKAT SRINIVASAN: La gran noticia de los últimos años es el auge de la demanda de baterías, tanto para aplicaciones de vehículos eléctricos como para almacenamiento en la red. Creo que sus estimaciones son un poco dispares, pero todos estarán de acuerdo en que veremos un aumento de entre 20 y 30 veces en la demanda de baterías solo en Estados Unidos, y esa cifra podría ser conservadora.

SARAH HARMAN: Eso no significa que estén hechas completamente de litio; en realidad, todo lo contrario. De hecho, aunque el litio desempeña un papel fundamental en la química de las baterías modernas, solo representa un pequeño porcentaje del total de materiales. Hablamos de minerales como el cobalto, el níquel e incluso el grafito.

SARAH HARMAN: Uno de los problemas con estos materiales es que no siempre están disponibles en todas partes, lo que los hace costosos y, si se necesitan en grandes cantidades (por ejemplo, para una revolución mundial de vehículos eléctricos), probablemente habrá que adquirir una cantidad considerable de manera sostenible.

SARAH HARMAN: Michael Berube otra vez.

MICHAEL BERUBE: Una de las cosas naturales de las que debemos preocuparnos es de dónde saldrán todos esos elementos que se utilizan en las baterías.

SARAH HARMAN: Michael dice que la fabricación de baterías en sí no es el problema; los expertos de la industria se centran en la obtención y el procesamiento de los minerales críticos y todos esos otros componentes de las baterías.

MICHAEL BERUBE: Y la buena noticia es que, si comparamos una batería que necesitamos hoy con una que necesitábamos hace seis o siete años, en realidad parece bastante diferente.

MICHAEL BERUBE: La cantidad de minerales críticos en las baterías ha disminuido drásticamente en los últimos seis o siete años. Y eso se debe a la investigación y el desarrollo que ha realizado el Departamento de Energía y al trabajo con nuestros socios de la industria.

Hemos estado reduciendo la cantidad de minerales críticos dentro de las baterías, pero gran parte de lo que estamos haciendo, cuando es muy emocionante, es desarrollar nuevas composiciones químicas para las baterías.

SARAH HARMAN: Nuevas químicas de baterías, componentes de baterías reciclables y más: todo en el horizonte, y también en la segunda parte de nuestro episodio completamente cargado sobre baterías.

(LA MÚSICA SE DESVANECE)
(SUENA LA MÚSICA OUTRO)

SARAH HARMAN: ¡Hasta aquí otro episodio de Direct Current! Gracias a nuestros invitados, Michael Berube, Venkat Srinivasan y Mallory Clites, por su experiencia.

SARAH HARMAN: Si quieres saber más sobre la ciencia detrás de la producción de baterías, consulta las notas de nuestro programa. Puedes encontrarlas, y todos los demás episodios, en energy.gov/podcast.

SARAH HARMAN: Direct Current y el diseño gráfico de nuestro episodio están producidos por mí, Sarah Harman, y escritos por Matt Dozier y Vivien Bui. Con la ayuda de Conor McCabe en la edición de música y sonido.

SARAH HARMAN: Esta es una producción del Departamento de Energía de Estados Unidos y se publica desde la capital de nuestra nación en Washington, DC. ¡Gracias por escuchar!

(LA MÚSICA SE DESVANECE)