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

En el segundo 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.
https://share.transistor.fm/e/96f61dd7
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: Cuando piensas en la tecnología del futuro, ¿qué te viene a la cabeza? ¿Patinetas voladoras o tal vez máquinas del tiempo?
SARAH HARMAN: ¿Y qué pasa con las baterías? Están en tu teléfono, en tu computadora y, por si no lo sabías, están dando forma al futuro del transporte.
SARAH HARMAN: Soy Sarah Harman. Estás escuchando Direct Current, el podcast del Departamento de Energía. El episodio de hoy es la segunda parte de nuestra serie sobre baterías.
SARAH HARMAN: Si no has escuchado la primera parte, sigue adelante y échale un vistazo: cubrimos por qué las baterías son tan importantes y los desafíos que rodean su producción.
SARAH HARMAN: Pero hoy miramos hacia el futuro. ¿Cómo podemos mejorar y abaratar las baterías? ¿Cómo podemos asegurarnos de que los minerales esenciales sigan en el futuro y de que todos se beneficien de los avances de la industria de las baterías?
SARAH HARMAN: ¡Quédate con nosotros y descúbrelo después del salto!
[Obras temáticas de actualidad directa]
SARAH HARMAN: Cuando hablamos del futuro de las baterías, Michael Berube es un experto. Quizá lo reconozcan de la primera parte: es el subsecretario adjunto de Transporte y Combustibles Sustentables del Departamento de Energía.
MICHAEL BERUBE: Nuestro objetivo no es nada menos que desarrollar las tecnologías para descarbonizar todo el sector del transporte.
SARAH HARMAN: Sí, ese es el objetivo: descarbonizar todos los automóviles, camiones, aviones y trenes. No sólo desarrollar las tecnologías actuales, sino también ponerlas en práctica en el mundo real y ayudar a la industria a implementarlas.
SARAH HARMAN: En términos de baterías, su equipo ha estado a la vanguardia del desarrollo de nuevas químicas de baterías durante tres décadas, mejorando su rendimiento y reduciendo el costo.
SARAH HARMAN: La administración Biden ha establecido algunos objetivos climáticos ambiciosos: 50% de energía limpia para 2030 y cero emisiones netas para 2050. Según Michael, las baterías serán fundamentales en este esfuerzo. Los cambios son más visibles para los consumidores de vehículos eléctricos, pero dice que más personas almacenarán energía en baterías, tanto en sus hogares como en entornos industriales.
SARAH HARMAN: ¿Cómo será entonces esa transición hacia la energía limpia y cómo las baterías allanarán el camino hacia el cero neto? La secretaria de Energía de Estados Unidos, Jennifer Granholm, habló precisamente de eso en la inauguración de una nueva planta de fabricación de baterías de última generación en San Leandro, California, en febrero de este año:
Secretaria Jennifer Granholm: “Esto significa para todos nosotros que en 2050, si alcanzamos nuestros objetivos, estas baterías no solo estarán en nuestros automóviles, sino también en nuestros autobuses, aviones de carga, aviones militares y vehículos de alta velocidad. Quiero decir que no tenemos que esperar hasta 2030 para que eso suceda. Estaremos suministrando energía a nuestras escuelas y oficinas y, ya saben, a todos los lugares donde vivimos, trabajamos y nos divertimos con la tecnología en la que están trabajando hoy aquí”.
SARAH HARMAN: A medida que el mercado de vehículos eléctricos siga creciendo y la tecnología de baterías se vuelva más rentable, deberíamos esperar ver un aumento correspondiente en la demanda de todo tipo de baterías. Entonces, ¿cómo desarrollamos mejores baterías que puedan satisfacer esta demanda en aumento y al mismo tiempo utilizar menos recursos? Nuevamente, Michael Berube.
Michael Berube: Hemos estado trabajando y estudiando durante varios años los minerales críticos que se encuentran dentro de la batería. Hemos reducido drásticamente la cantidad de esos minerales críticos que se encuentran dentro de ella. Me refiero a baterías que reemplazan elementos como el grafito, que realmente no se fabrica en ningún lugar del mundo, por elementos como el silicio, que son muy abundantes en la Tierra, el azufre, por lo que hay una serie de productos químicos diferentes a los que creemos que podemos recurrir, que reducirán la cantidad de minerales críticos, pero también ayudarán a reducir el costo de las baterías. Y, por supuesto, el problema aquí es que tenemos que hacerlo al mismo tiempo que queremos mejorar el rendimiento de esas baterías. Por lo tanto, queremos que sean más pequeñas, queremos poder cargarlas rápidamente si se trata de un vehículo eléctrico. Por lo tanto, nuestro objetivo es hacer todo esto al mismo tiempo.
SARAH HARMAN: Y, según Michael, los Laboratorios Nacionales del Departamento de Energía están especialmente capacitados para liderar el cambio hacia un mejor futuro en materia de baterías.
Michael Berube: Yo diría que los laboratorios nacionales de Estados Unidos han sido la columna vertebral a nivel mundial del trabajo sobre baterías. Y gran parte de nuestro trabajo lo hacemos con la industria y el sector privado también. Pero lo que hacen es venir a los laboratorios nacionales de Estados Unidos, porque tenemos las herramientas, los microscopios, las computadoras, que nos permiten desarrollar y comprender la química de las baterías a escala atómica. Y eso es lo que se necesita para lograr estos avances.
Michael Berube: Las baterías se basan en el movimiento de electrones, y ahora podemos ver algunos de estos movimientos a nivel atómico en tiempo real. De esta forma, podemos ver cómo funciona la química de una nueva batería, dónde falla y desarrollar nuevas contramedidas, tecnologías y enfoques para abordarlo. En el pasado, solo teníamos que adivinar qué estaba sucediendo, pero ahora podemos verlo.
SARAH HARMAN: Básicamente, estamos abordando cuestiones fundamentales de los materiales y las interacciones electroquímicas asociadas con las baterías. Esta investigación intenta desarrollar materiales nuevos y prometedores.
SARAH HARMAN: Al utilizar modelos avanzados para predecir las formas en que fallan las baterías, podemos emplear herramientas y técnicas de diagnóstico científico para comprender por qué fallan los materiales y los sistemas. Basándonos en estos hallazgos, podemos desarrollar formas de mitigar esos fallos.
SARAH HARMAN: Entonces, estas nuevas tecnologías, junto con nuevas inversiones en infraestructura y fabricación en cadena de suministro, deberían tener algunos impactos obvios en el pueblo estadounidense, ¿verdad?
Michael Berube: La gente, por supuesto, está empezando a ver vehículos eléctricos y cuando ven el Super Bowl y ven que la mitad de estos anuncios son sobre coches eléctricos, supongo que esto es algo que realmente está sucediendo. Lo que la gente va a empezar a ver a continuación, y creo que lo veo porque el coste de los coches eléctricos está bajando, van a ver más modelos disponibles. Y eso es porque el coste de las baterías está bajando. Puede que no lo vean tanto, pero lo que va a estar sucediendo en segundo plano también es que habrá mucho más reciclaje, tanto de baterías de productos electrónicos de consumo como de baterías de aparatos electrónicos de consumo, pero también a medida que esos coches empiecen a envejecer, empezaremos a reciclar nuestros coches eléctricos. Creemos que en el futuro, hasta un 30 o 40% de todos los minerales críticos que necesitamos para las baterías nuevas procederán de baterías recicladas, y eso es enorme. Y esa es otra razón por la que estamos seguros de que podemos aumentar la cantidad de vehículos eléctricos y seguir gestionando los minerales críticos que necesitamos.
SARAH HARMAN: Y gracias a la ley de infraestructura de 7.500 millones de dólares, una red nacional de carga de vehículos eléctricos en pleno funcionamiento está en el horizonte. El Departamento está trabajando para reducir los costos y el tiempo de carga de las baterías de los vehículos eléctricos, al tiempo que aumenta su almacenamiento de energía y su vida útil. Pero los efectos a largo plazo de un mercado de vehículos eléctricos en crecimiento no se limitan sólo a las carreteras.
Michael Berube: Una de las cosas buenas es que, mientras intentamos reducir todas las emisiones del transporte, estamos trabajando simultáneamente como país para llegar a un 100 % de electricidad limpia. Eso significa un gran aumento de la electricidad nueva. Y si desarrollamos, ya sabe, vehículos eléctricos y hay nueva demanda en la red, y la gestionamos correctamente y lo hacemos simultáneamente, creemos que realmente existe una oportunidad de optimizar el sistema en general.
SARAH HARMAN: La investigación también apoya el desarrollo y la implementación de tecnologías de baterías que permitirían a la red eléctrica almacenar el exceso de energía para satisfacer la demanda futura.
Michael Berube: A medida que se vaya reduciendo el coste de las baterías, creo que empezaremos a ver a mucha más gente que las tiene en casa, que utiliza el almacenamiento de energía. Empezaremos a ver un uso mucho mayor por parte de gente, por ejemplo, en entornos industriales, donde tienen una batería grande, donde tal vez generan algo de electricidad en el lugar, utilizan parte de ella para cargar sus autobuses eléctricos, por ejemplo, y luego tienen una batería a gran escala en la parte trasera que almacena energía. Y a veces, cuando la necesitan, la obtienen de la batería, a veces la obtienen directamente de su panel solar y, de repente, tal vez la red eléctrica se caiga en la zona y esa gran batería se puede utilizar para ayudar a proporcionar energía a la red eléctrica. Así que se convierte en una parte realmente crítica.
SARAH HARMAN: Bien, entonces, ¿cuál es la huella de carbono de un vehículo eléctrico en comparación con su homólogo de gasolina tradicional?
SARAH HARMAN: Bueno, sabemos que no es tan sencillo como comparar los gases de efecto invernadero que emite el tubo de escape de un vehículo de gasolina con los de un vehículo eléctrico. Si esas fueran las únicas mediciones para la comparación, los vehículos eléctricos claramente saldrían ganando. Un vehículo de pasajeros de gasolina típico emite alrededor de 4,6 toneladas métricas de dióxido de carbono por año. Obviamente, esta cifra puede variar en función del consumo de combustible del vehículo y de la cantidad de kilómetros recorridos por año. Pero un vehículo eléctrico no emite nada, un híbrido es un poco más difícil de comparar, pero también emite menos que un vehículo de gasolina.
Michael Berube: La otra pregunta que la gente hace es: ¿el vehículo eléctrico genera cero emisiones? ¿Y qué pasa con toda esa electricidad? Y todo lo que hacemos, y comparamos diferentes tecnologías, analizamos las emisiones del ciclo de vida completo desde la fabricación del automóvil o la fabricación de las baterías, hasta la comparación con el motor de combustión interna, el híbrido, la obtención de ese combustible fósil, y así hasta el final de la vida útil del vehículo. Y cuando se analiza eso, y se observan las emisiones típicas en los EE. UU. hoy en día, el automóvil eléctrico tiene emisiones de gases de efecto invernadero absolutamente más bajas que el motor de combustión interna. Y la buena noticia es que, si compras un automóvil eléctrico hoy, cada año es más limpio, porque la red eléctrica es cada vez más limpia. A medida que la red avanza hacia cerca del 100 por ciento de electricidad limpia, eso permite que el vehículo se vuelva súper, súper limpio.
SARAH HARMAN: Entonces, incluso cuando observamos las emisiones creadas durante la producción y distribución de la electricidad utilizada para alimentar un vehículo eléctrico, todavía tiene una huella de carbono menor que los motores de combustión tradicionales.
SARAH HARMAN: Porque producir y distribuir la gasolina que se utiliza para alimentar los vehículos de combustión interna también genera gases de efecto invernadero. Por ejemplo, la producción de gasolina requiere extraer petróleo del suelo, transportarlo a una refinería, refinar el petróleo para convertirlo en gasolina y transportar la gasolina a las estaciones de servicio. Cada uno de estos pasos puede producir gases de efecto invernadero adicionales.
SARAH HARMAN: Y dado que el transporte constituye la mayor fuente de emisiones de gases de efecto invernadero, las implicaciones de la adopción de vehículos eléctricos a gran escala son de largo alcance.
Michael Berube: Acabamos de publicar un plan integral en el que participan cuatro agencias gubernamentales y la Casa Blanca sobre cómo llegar a cero emisiones netas en todo el transporte. Y no se trata de un documento teórico de tipo ilusorio, sino de un documento muy práctico sobre cómo podemos llegar a ese punto con la tecnología que tenemos o que está en desarrollo de una manera que sea económicamente viable y que tengamos los recursos para hacerlo. Se necesitará un trabajo a nivel del Departamento de Energía y del ingenio estadounidense para ayudar a que todo esto suceda, pero creo que es realmente alcanzable.
SARAH HARMAN: En caso de que te lo hayas perdido, déjame contarte los detalles del plan y cómo surgió.
SARAH HARMAN: En septiembre de 2022, los líderes del Departamento de Energía, Transporte, Vivienda y Desarrollo Urbano y la Agencia de Protección Ambiental firmaron un memorando de entendimiento histórico para permitir que las cuatro agencias federales aceleren el futuro del transporte limpio, equitativo y asequible del país. En él se pedía a las agencias que publicaran una estrategia integral para descarbonizar el sector del transporte que ayudará a orientar las decisiones políticas futuras, así como la investigación, el desarrollo, la demostración y la implementación en los sectores público y privado.
SARAH HARMAN: En enero, las agencias publicaron el Plan Nacional de Estados Unidos para la Descarbonización del Transporte, un marco interinstitucional histórico de estrategias y acciones para eliminar todas las emisiones del sector del transporte para 2050.
SARAH HARMAN: El plan ofrece un enfoque de todo el gobierno para abordar la crisis climática y cumplir con los objetivos del presidente Biden de emisiones netas de carbono cero para 2050. Con un plan integral en marcha y la aceptación de los socios de la industria, el cronograma para la descarbonización y la transición a una red completamente renovable parece más cercano que nunca.
Michael Berube: La industria automotriz de Estados Unidos, o mejor dicho, la industria automotriz mundial, junto con la administración y los sindicatos, se han comprometido a que el 50 % de todos los autos nuevos sean eléctricos para el año 2030. Trabajé en la industria automotriz durante mucho tiempo; el año 2030 está a siete años de distancia, es decir, muy cerca, ya está en su línea de producción. Vamos a llegar a ese punto. Y si podemos llegar al 50 %, podemos acercarnos al 100 %.
SARAH HARMAN: Ahora que ya hemos identificado los objetivos a corto plazo, ajustemos nuestra perspectiva y analicemos la cuestión macro de la sostenibilidad a lo largo de 20, 30 o incluso 100 años. ¿Cómo podemos llegar a un punto en el que la tecnología pueda hacer frente a la presión a largo plazo del crecimiento continuo, al tiempo que realizamos mejoras aparentemente más pequeñas e incrementales en la tecnología y la densidad de las baterías?
SARAH HARMAN: Para responder a estas preguntas, recurrimos a Venkat Srinivasan, director del Centro Colaborativo Argonne para la Ciencia del Almacenamiento de Energía en el Laboratorio Nacional Argonne.
Venkat Srinivasan: Aunque esta es la única observación que mucha gente, como usted señalaba, observará y dirá: «Oye, han pasado 30 años y parece que ustedes están mejorando las baterías en un cinco o seis por ciento». Eso es correcto. En general, la densidad energética de las baterías mejora quizás en un cinco o seis por ciento. Pero si lo piensas, ¿cómo se mantiene eso durante 30 años? Lo mantuviste durante 30 años porque estás haciendo constantemente investigación y desarrollo en segundo plano. De modo que dentro de cinco años, esa investigación y desarrollo será la que te permita obtener el próximo 5 %.
SARAH HARMAN: Piense en ese aumento compuesto como si fuera un plan de inversión 401k: cada año, un aumento del cinco por ciento se suma a los aumentos anteriores, lo que da como resultado un mayor rendimiento. Si continúa aportando dinero o, en el caso de las baterías, en I+D, esa inversión compuesta pagará dividendos cada vez mayores.
Venkat Srinivasan: La gente como nosotros soñamos con esto, ¿no? Ese tipo de salto que se produce un día y que puede ser difícil, ¿no? Los saltos pueden producirse en el laboratorio, pero a veces se necesita más tiempo para que se produzcan en el mercado, porque un salto a menudo significa que alguien tiene que conseguir una inversión de 5.000 millones de dólares para construir una fábrica que compita con la inversión anterior de 5.000 millones de dólares. Y a veces eso puede ser un reto, hay que reducir el riesgo de la inversión. Y hay que asegurarse de construir pequeñas fábricas y luego hacerlas un poco más grandes, y finalmente convertirlas en algo que sea una gigafábrica. Eso lleva tiempo, ¿no? Así que, aunque se pueden producir saltos, que podrían producirse en un entorno de laboratorio, parece que se trata de algo incremental cuando se termina, en parte por las constantes de tiempo implicadas. Pero yo no consideraría cambios incrementales, es decir, que las cosas son estáticas, sino que simplemente significa que hay algo que está sucediendo que alimenta ese proceso para continuar con esa mejora incremental cada año. Y eso es lo que hemos estado haciendo durante 30 años.
SARAH HARMAN: Y a medida que continuamos realizando mejoras incrementales en capacidad, densidad y producción, estamos empezando a ver una tecnología de baterías más limpia, más barata y mucho más cercana al objetivo de emisiones netas cero.
Venkat Srinivasan: Al principio, hay que compararse con lo que se hace hoy. Y lo estamos haciendo mejor que con el método de combustibles fósiles. Pero eso no significa que debamos decir que ya no hay más remedio, ¿no? Tenemos que hacerlo aún mejor. Y ese es realmente el objetivo de lo que creo que todos deberíamos empezar a hacer. Y creo que esa conversación está teniendo lugar. Bien, ¿cómo podemos mejorar aún más para llegar a una forma de fabricar baterías completamente libre de carbono? Ya sabe, con los materiales modernos y todo eso.
SARAH HARMAN: El objetivo de “hacerlo mejor” también significa abordar las desigualdades sociales y ambientales que siguen persistiendo en la fabricación y el uso de baterías.
Mallory Clites: Existe una gran preocupación de que estos nuevos proyectos no beneficien históricamente a las personas que no se benefician de ellos en primer lugar, en las áreas donde se extrae ese mineral. Y, como vemos hoy en día en la cadena de suministro de baterías, toda esa extracción se realiza en lugares internacionales, donde los estándares ambientales son más bajos que en los EE. UU. y donde la preocupación por la justicia ambiental no es tan fuerte como en los EE. UU.
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.
SARAH HARMAN: Entonces el desafío es: ¿Cómo avanzamos éticamente hacia un futuro de energía limpia?
SARAH HARMAN: Por un lado, resolver la crisis climática es absolutamente necesario, pero por otro, debemos reconocer que la “vieja forma” de hacer negocios no es sostenible.
Mallory Clites: El Departamento de Energía en general ha estado tratando de trabajar en este tema. Hay grupos de trabajo dentro de este ámbito de la energía que se dirigen a las comunidades tribales que históricamente no se han beneficiado de la extracción que se ha realizado en sus tierras. Y ha habido grupos de trabajo con comunidades locales en California y grupos estatales de Nevada también, que están participando en esas conversaciones con las comunidades locales. Y cuando estuvimos en nuestra oficina, hicimos la primera ronda de subvenciones para materiales y fabricación de baterías, exigimos que, dentro de esas solicitudes, se incluyeran planes de beneficios comunitarios y también planes de impacto ambiental. Y, por lo tanto, en estos planes de beneficios comunitarios, se trataba de trabajar en pos de esa iniciativa de energía, Justice 40, que es una iniciativa de la administración.
SARAH HARMAN: La Iniciativa Justice40 del presidente Biden es un objetivo de justicia ambiental que apunta a devolver el 40 por ciento de los beneficios generales de ciertas inversiones en clima y energía limpia a las comunidades marginadas por la falta de inversión y sobrecargadas por la contaminación.
SARAH HARMAN: La Oficina de Justicia y Equidad Energética del Departamento de Energía identificó ocho prioridades de políticas para orientar la implementación de Justice40. Las prioridades incluyen la reducción de la exposición ambiental y las cargas energéticas para las comunidades desfavorecidas.
SARAH HARMAN: Aumentar la igualdad en el acceso a tecnologías de energía limpia, por ejemplo, energía solar o almacenamiento de energía dentro de las comunidades.
SARAH HARMAN: También es necesario aumentar el acceso a capital de bajo costo, empleos en energías limpias y capacitación laboral para personas de comunidades desfavorecidas. Y, por último, aumentar la resiliencia energética y la democracia energética.
Mallory Clites: Y entonces estábamos trabajando para, ya sabes, exigir a las empresas que vinieron a nosotros con sus propuestas que también nos dieran la propuesta de apoyar a las comunidades en las que iban a existir, y, ya sabes, devolver el 40% de esa, ya sabes, ganancia de la que están hablando, ya sea en, ya sabes, dinero o en beneficios para la comunidad en general, como programas de capacitación, becas, ya sabes, apoyo sindical, y entonces, ¿cómo iban a trabajar con las comunidades en las que iban a involucrarse?
SARAH HARMAN: Los Planes de Beneficios Comunitarios que el Dr. Clites mencionó se basan en cuatro prioridades políticas fundamentales: involucrar a las comunidades y a los trabajadores; invertir en la fuerza laboral de Estados Unidos; promover la diversidad, la equidad, la inclusión y la accesibilidad; e implementar la Iniciativa Justice40. Incorporar estos principios clave en las propuestas de proyectos ayudará a garantizar una prosperidad ampliamente compartida en la transición a la energía limpia.
SARAH HARMAN: Alcanzar los ambiciosos objetivos de energía limpia del presidente Biden nunca ha sido más crucial que hoy. Pero con el apoyo de políticas sólidas y ciencia de vanguardia, el Departamento de Energía continúa su trabajo para asegurar nuestro futuro de energía limpia.
SARAH HARMAN: ¡Hasta aquí otro episodio de Direct Current! Muchas gracias a nuestros invitados, Michael Berube, Venkat Srinivasan y Mallory Clites, por su experiencia.
SARAH HARMAN: Si desea obtener más información sobre el presente y el futuro de la tecnología de baterías, consulte las notas del programa. Puede encontrarlas, junto con nuestros otros episodios, en energy.gov/podcast.
SARAH HARMAN: Direct Current y el diseño gráfico de nuestro episodio están a cargo de mí, Sarah Harman. Este episodio fue escrito por Matt Dozier, Sarah Harman y Keith Langsdorf. La música y la edición de sonido son de Michael Stewart.
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)
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