Sin embargo, como en cualquier momento de gran cambio y agitación, el caos no falta. Los vehículos eléctricos son más importantes que nunca, la adopción masiva parece inminente y la promesa de cero emisiones del tubo de escape se anuncia como una oportunidad de oro para la humanidad. Todo esto es cierto hasta cierto punto, pero si los autos eléctricos están asumiendo o no una parte suficiente del cambio climático se reduce a una cosa: las baterías. O más específicamente, cómo diseñamos, construimos, administramos y reciclamos este componente crítico: procesos que son mucho menos transparentes (y mucho más importantes) que cualquier cantidad de anuncios entusiastas sobre asociaciones de fabricación o planes para lanzar 25 nuevos vehículos eléctricos para 2030.

Al igual que los combustibles fósiles, los ingredientes clave de las baterías actuales también son recursos limitados. No hace falta decir que el desarrollo de formas de recuperar cualquier cosa que pueda reutilizarse de baterías viejas para construir otras nuevas será esencial en los próximos años, incluso si requerirá un nivel de estandarización intersectorial que aún no hemos visto. por adelantado, y no todos los expertos piensan que está en las cartas. Así que hoy analizamos la duración de la batería de un automóvil eléctrico desde la cuna hasta la tumba en 2022, desde el abastecimiento de materiales hasta la fabricación y el reciclaje al final de su vida útil (o la falta de este) y lo que significa el estado actual para el futuro.

Para alimentar los motores eléctricos que impulsan las ruedas de un vehículo eléctrico, debe haber, lo adivinaste, electricidad. La electricidad en sí se puede producir de varias maneras: quemando combustibles fósiles, recolectando energía cinética o utilizando recursos renovables como el sol o el viento. La energía nuclear es técnicamente incluso sobre la mesa, aunque ya hemos escrito por qué este sueño probablemente esté fuera de nuestro alcance para siempre.

Evidentemente, si hemos elegido baterías grandes es porque necesitamos un método de almacenamiento de energía denso y el principio de un coche eléctrico de batería no dista mucho del de un vehículo de combustión interna con depósito de gasolina. Después de todo, la gasolina es en realidad solo otro medio de almacenamiento y transporte de energía. Solo en lugar de liberar esta energía a través de explosiones controladas debajo del capó, una batería convierte la energía química almacenada directamente en energía eléctrica.

Los coches eléctricos no son nuevos en absoluto. Los primeros vehículos eléctricos experimentales se construyeron en la década de 1830 (sí, en serio), alimentados por baterías de un solo uso. En 1890, un químico escocés que vivía en Iowa llamado william morrisson desarrolló el primer vehículo eléctrico, un carruaje tirado por caballos reconvertido alimentado por baterías recargables, una tecnología que surgió a mediados del siglo XIX. Los historiadores no están de acuerdo sobre la composición química de las baterías utilizadas en el vehículo de Morrison; algunos creen que era ácido de plomo, que había sido inventado décadas antes por un físico francés llamado Gaston Planté. De cualquier manera, las baterías le dieron al camión de Morrison un alcance de alrededor de 50 millas con un tiempo de carga de 10 horas. No del todo ideal en un momento en que la mayoría de los hogares estadounidenses todavía no tenían electricidad.

El cambio de siglo vio una breve edad de oro de los autos eléctricos de antes de la guerra, después de todo, la electricidad era limpia, brillante y nueva en comparación con el trabajo sucio de quemar carbón y petróleo, y los vehículos de vapor de la competencia también tuvieron su momento. Hay una serie de razones desagradables por las que la combustión interna seguía emergiendo como la tecnología de propulsión más viable para los vehículos en la década de 1920, pero en un nivel práctico, en la parte superior de la lista está que es una sustancia de alta densidad de energía que es relativamente rápida. y fácil de penetrar. El carro de la gente.

En 1996, en respuesta a la legislación de California que habría requerido que todos los fabricantes de automóviles ofrecieran un automóvil de cero emisiones, General Motors asombró al mundo al construir el primer automóvil eléctrico moderno listo para la producción de un fabricante de automóviles veterano en casi un año: GMEV1. El EV1 se fabricó inicialmente con baterías de plomo-ácido de servicio pesado, aunque GM equipó el EV1 de segunda generación con una química de hidruro metálico de níquel (NiMH) más moderna. El EV1 se convertiría en uno de los autos más controvertidos de todos los tiempos, y las regulaciones que estimularon su desarrollo se relajaron a favor de los híbridos a fines de la década de 1990, pero también resultó ser un punto de inflexión para los vehículos eléctricos. Toyota, Ford y otros fabricantes de automóviles también han intervenido con el Rav4 e Organizar VE.

El impulso de los autos eléctricos estaba creciendo, pero lentamente. Luego vino Tesla.

Mucha gente conoce a Elon Musk como la persona detrás de Tesla, pero la verdadera cara detrás de las innovaciones técnicas de la empresa fue su ex director técnico, JB Straubel. En 2008, con la ayuda de la inversión de Musk, Tesla lanzó la primera generación de Tesla Roadster con una nueva batería de iones de litio.

Dirigido por Saraubel, el equipo de ingeniería decidió construir paquetes con varios miles de celdas pequeñas en lugar de varias celdas grandes. Esto le dio al equipo siete veces más área de superficie para disipar el calor, lo que ayudó enormemente ya que los ingenieros también idearon una forma de enfriar los paquetes con líquido en lugar de aire. Esta innovación dio como resultado un automóvil con un alcance certificado por la EPA de 244 millas, más del doble que el EV1 equipado con NiMH y casi cinco veces más que los que funcionan con los paquetes originales de plomo y ácido. En resumen, nació la batería del coche eléctrico moderno.

La mayoría de los BEV actuales usan baterías de iones de litio para almacenar energía. Aunque la química de la batería puede diferir de un fabricante a otro, los componentes básicos son relativamente los mismos: un ánodo, un cátodo y un electrolito. Es menos importante entender Porque detrás de la ciencia para nuestras necesidades de hoy; lo que importa es que la electricidad se descargue de la celda de la batería mientras que los iones de litio pasan a través del electrolito del ánodo al cátodo (y viceversa durante la carga).

Como descubrió Straubel, las baterías EV funcionan mejor con muchas celdas pequeñas empaquetadas en un factor de forma utilizable, tanto en celdas cilíndricas como en la mayoría de los Tesla (excepto Modelos equipados con LFP), o celdas prismáticas (de bolsillo) como las que se encuentran dentro del Hummer EV o el Hyundai Ioniq 5. Todas estas celdas requieren una cantidad significativa de litio; algunos especialistas estima alrededor de ocho kilogramos por vehículo, o alrededor de 17,6 libras. Por contexto, el iPhone promedio tendría contiene menos de un gramo de litio.

Entonces, ¿de dónde viene todo esto? La mayor parte del litio del mundo proviene de China, Australia, Chile y Argentina. El litio se obtiene por extracción superficial, se extrae de una salmuera rica en un reactivo (como el carbonato de sodio) y luego se seca para formar carbonato de litio.

El carbonato de litio seco luego se envía a las plantas de procesamiento donde se procesa material activo catódico. Durante este proceso, el material activo se mezcla uniformemente en una suspensión que contiene carbón conductor y un aglutinante polimérico, lo que lo hace adecuado para su uso durante el proceso de fabricación de celdas de batería.

Otros materiales como el cobalto o el níquel también se utilizan en la producción de cátodos. Cabe recalcar que este es uno de los mayores puntos de discordia en el proceso. construcción de baterías, ya que la minería de cobalto ha sido un gran problema humanitario alimentado por las condiciones de la minería y el trabajo infantil. La mayoría de las empresas se han comprometido a obtener materiales de manera ética para la fabricación de baterías o se han alejado del cobalto en general debido a preocupaciones de sostenibilidad. El hecho es que no circula mucho cobalto de origen ético en las cadenas de suministro mundiales.

Entonces las celdas necesitan ser ensambladas. Aunque el funcionamiento básico de una batería es el mismo, el factor de forma utilizado por los fabricantes de automóviles puede diferir. Por ejemplo, las celdas cilíndricas tendrán componentes enrollados y encerrados en una celda de metal, mientras que las celdas de bolsillo tendrán componentes en capas o “emparedados” en su interior.

A continuación, las células se colocan en un embalaje patentado por el fabricante de automóviles. Este paso, en particular, puede variar según el fabricante, aunque la mayoría de las empresas construirán estos módulos individuales que luego se pueden ensamblar modularmente en paquetes antes de instalarlos en el vehículo.

“No creo que la caja en la que lo pones [matters as much]dijo el director de estrategia de electrificación de GM, Tim Grewe. El lector. “Muchas personas dan mucha importancia a sujetar los electrodos, [but] Creo que tiene que ver con las características del electrodo y cómo [uniformly] puedes tratar el electrodo “.

Grewe continuó: “Y ya sea que coloque el electrodo en una caja o en un estuche, el estuche realmente tiene ventajas de costo muy obvias, todo coexistirá en la industria.. Tiene mucho que ver con sus vehículos y billetera y también cómo los integra en el vehículo. “

A partir de ahí, la batería se coloca debajo de un vehículo eléctrico (otra simplificación importante, por supuesto) donde eventualmente puede ser expulsada de una sala de exposición y estacionada en su entrada.

Una vez que una batería alcanza su vida útil, cuya duración depende en gran medida de la cantidad de ciclos de carga experimentados, las condiciones ambientales y el uso diario, debe pasar por un proceso de eliminación.

Esto nos lleva a uno de los puntos más comunes planteados por los escépticos de los vehículos eléctricos: la contaminación. No es ningún secreto que producir baterías es un desastre ambiental absoluto: un vehículo con un alcance de 250 millas es producción estimada 68% más de emisiones de producción que construir un vehículo de gasolina. Si bien esto no tiene en cuenta las emisiones de escape producidas durante la vida útil de un vehículo de combustión, dice mucho sobre el impacto en la producción de un BEV.

La respuesta obvia es el reciclaje sistemático. expertos creer que aproximadamente 1,6 millones de toneladas de baterías estarán listas para reciclar en 2030 y que los materiales recuperados de baterías usadas, huérfanas o desechadas podrán utilizarse en la producción de nuevas unidades. En lugar de tirar las células viejas y regresar a la tierra en busca de más minerales, podemos extraer estos preciosos recursos de lo que ya se ha producido, de la misma manera que los recicladores extraen oro, plata y platino de los dispositivos electrónicos viejos. Los autos han estado usando baterías de plomo ácido desde siempre, y tenemos un sistema bastante bueno para reciclarlas, independientemente de lo que te diga Google. ¿Por qué no puede ser lo mismo para esos grandes paquetes de iones de litio?

Como Grewe mencionó anteriormente, un fabricante empaquetará las baterías de manera diferente según sus necesidades comerciales exactas, lo cual es el primer obstáculo para estandarizar el proceso para todos. Por ejemplo, desarmar una batería de celda de bolsillo en comparación con una batería de celda cilíndrica es un proceso completamente diferente. Grewe también me dijo que la industria automotriz quiere permitir que la industria del reciclaje innove en paralelo, pero ¿se puede lograr si las celdas de la batería no son uniformes o no se pueden recuperar fácilmente de un fabricante de automóviles a otro? ¿otro? Independientemente de la forma de reciclaje, las baterías siempre deben desmontarse para su reciclaje. Y la necesidad de reutilizar algo caja tomar decisiones sobre productos; solo el reciclaje es la razón por la cual muchas baterías de automóviles de 12 voltios hoy en día comparten un factor de forma muy similar.

De cualquier manera, después de que se desarma la batería de un automóvil eléctrico, sus componentes internos se pueden triturar y clasificar, lo que da como resultado un bulto de material que suena bastante espeluznante conocido como “masa negra”. Dentro de la masa oscura hay multitud de materiales preciosos ya extraídos de la tierra: carbono, grafito, cobalto, níquel, manganeso y litio, por nombrar algunos. Pero también hay contenedores de plástico, acero, aluminio y otros que necesitan ser removidos. Por lo tanto, la masa oscura debe someterse a más pasos para extraer materiales significativos, generalmente mediante pirometalurgia (“piro”) o hidrometalurgia (“hidro”).

Pyro recovery utiliza niveles extremos de calor (alrededor de 1.500 grados centígrados) para recuperar materiales por fusión. Hace un gran trabajo recuperando cobalto, cobre y níquel. También quema grafito y todos los solventes, pero esto contribuye a la producción de emisiones bastante altas del proceso. Tampoco hace un gran trabajo de recuperación de litio, ya que gran parte se convierte en escoria (un subproducto de desecho) en el proceso, que no es financieramente viable para volver a convertirlo en material utilizable. .

La recuperación hidráulica es otra opción hacia la que se están moviendo muchas empresas de reciclaje. En lugar de fundir, la hidrometalurgia utiliza soluciones acuosas para extraer los materiales preciosos de la masa negra, lo que significa mucho menos desperdicio de energía ya que los requisitos de calefacción se reducen considerablemente. Al igual que la pirotecnia, ofrece una excelente recuperación de cobalto, cobre y níquel, pero también ofrece una opción para reciclar eficientemente litio, grafito y manganeso. Por supuesto, hay desventajas en su estado actual, las dos más grandes son una cantidad significativa de subproductos de desecho y un alto costo de puesta en marcha.

“Las baterías duran demasiado”, dijo Grewe. “Será una de esas noticias frustrantes y buenas, donde no hay un gran mercado de reciclaje porque las baterías duran más de lo esperado”.

Pero la longevidad de la batería también podría dar lugar a una nueva visión de la compra de automóviles para la próxima generación de conductores. Straubel de Tesla, que fundó una empresa de reciclaje de baterías llamada materiales de secoyacree que es menos probable que los propietarios de vehículos eléctricos reemplacen las baterías obsoletas que reemplacen un vehículo completo.

“Es algo subjetivo dependiendo de lo que [a person’s] el objetivo es para el auto, pero creo que 15 años pasarán fácilmente [of ownership] en la mayoría de los casos, ” straubel dijo en una conferencia de más energía a principios de este año. “Creo que la vida útil de la batería probablemente seguirá la vida útil del vehículo. Personalmente, creo que es menos probable que las personas coloquen una batería nueva en un automóvil viejo.

Lo que Straubel está describiendo imita un poco el comportamiento que muchos propietarios de ICE tienen ahora. Cuando el propietario promedio de un vehículo explota un motor, a menudo le resulta costoso reemplazar el motor del automóvil, por lo que el vehículo a menudo se envía a un vertedero o se cambia (básicamente por el costo de eliminación) por un vehículo nuevo. Con el costo de reemplazar una batería nueva casi la mitad del costo de un vehículo nuevo, es probable que la mayoría de los propietarios que no están bajo el agua con sus préstamos se hagan eco de este comportamiento, similar a las predicciones de Straubel. Tampoco es una buena noticia mantener el reciclaje en la parte superior de la lista de prioridades de la industria.

Los vehículos eléctricos de batería llegarán a un concesionario cerca de usted si aún no están allí, eso es seguro. Tecnología todavía está en pañales en términos de adopción masiva y la forma en que pensamos sobre la construcción y el mantenimiento de las baterías hoy probablemente no sea lo que pensaríamos en 2032. El hardware y el software pueden tener problemas, las baterías pueden degradarse de manera diferente a lo esperado y la red de carga tardará tiempo para recuperarse. Pero quizás la mayor incógnita es qué tan rápido cambiará la tecnología. Los fabricantes de automóviles como Honda y Toyota ya están invirtiendo mucho en el desarrollo de baterías de estado sólido, que podrían ofrecer tiempos de carga significativamente más rápidos que las celdas de iones de litio actuales. ¿Se hará cargo de inmediato una vez que sea comercialmente viable?

Según Grewe de GM, no del todo. “Las baterías de iones de litio y de estado sólido coexistirán en la transformación porque todavía no hay un ganador claro”, dijo. “Creo que será una competencia muy saludable en la que verás que coexiste en la industria por varias razones. Y luego convergerá en una tecnología mejor y más barata a largo plazo”.

Lo que es seguro es que los fabricantes de automóviles estarán bajo presión para producir componentes de batería de calidad. La Junta de Recursos del Aire de California (CARB, por sus siglas en inglés), el mismo organismo cuyo requisito de cero emisiones dio origen al GM EV1 hace 25 años, ya ha límites de degradación de la batería escritos que debería entrar en vigor en 2026 si se adopta. Si los requisitos se publicaran tal como están escritos hoy, los vehículos deben mantener el 80 % de su autonomía nominal original durante al menos 15 años o 150 000 millas. Actualmente, Hyundai es Me comprometo una garantía de 10 años y 100 000 millas para la batería del Ioniq 5. Tesla tiene una garantía similar de 8 años para todos sus vehículos y un rango de millaje de 100 000 a 150 000 millas dependeryong en el modelo El Hummer EV también tiene una garantía de batería de 100,000 millas, aunque Grewe sí. dicho anteriormente que espera que la espalda dure entre 150,000 y 250,000 millas.

Nadie dijo que romper con la gasolina sería fácil. Pero deshacerse de las almorranas presentará una serie de problemas y complicaciones que será mejor que entendamos y resuelvamos más temprano que tarde, para no terminar en el mismo tipo de relación problemática.

¿Tienes un consejo o una pregunta para el autor? Contáctelos directamente: rob@mundotuerca.cl