El desarrollo sostenible implica transiciones tecnológicas. Un cambio de sistema puede en principio verse beneficioso para la salud (humana y ambiental). Una de las transiciones tecnológicas de fines del siglo 20 y principios del siglo 21 es el cambio de automóviles a combustión a automóviles eléctricos. La implementación de nuevos sistemas suele implicar aspectos deseables e indeseables para el desarrollo sostenible y el bienestar social.
Los problemas energéticos y ambientales han sido durante mucho tiempo desafíos para la industria automotriz mundial. En los últimos años, la situación energética y ambiental aceleró la transformación estratégica de la tecnología del transporte y la energía, y por lo tanto desencadenó un aumento (a nivel mundial) del desarrollo de nuevos vehículos de energía.
Bajo los diversos escenarios representados en las hojas de ruta tecnológicas de los vehículos de nueva energía, los vehículos eléctricos híbridos (HEV), los vehículos eléctricos de batería (BEV) y los vehículos de pila de combustible (FCEV), generalmente se consideran direcciones importantes de desarrollo para futuros sistemas de energía automotriz, y forman parte de prioridades estratégicas de los principales fabricantes de automóviles del mundo.
El desarrollo de la industria de vehículos eléctricos y la construcción de infraestructura de carga promueve la aplicación a gran escala de las baterías de ión de litio (LIB), y también requisitos exigentes para el desarrollo de las LIB (normas estandarizadas).
Las LIB se pueden clasificar en baterías de óxido de litio y cobalto, manganato de litio (LMO), fosfato de litio y hierro (LFP), polímero de litio y baterías de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC).
A diferencia de las baterías de plomo-ácido, las LIB tienen fuertes ventajas técnicas en términos de densidad de energía, densidad de potencia y vida útil del ciclo. sin embargo, como las baterías de plomo ácido, su nivel de resistencia al abuso es actualmente indeseable, y su rendimiento de carga y descarga y su ciclo de vida pueden verse afectados por el entorno en el que se utilizan. Para una batería es importante controlar y administrar el proceso de carga y descarga para que funcione bien en un entorno óptimo y dentro de su rango de tensión permisible.
Los vehículos eléctricos funcionan en un entorno operativo complejo con una variedad de variables, como temperatura y humedad, capacidad de carga, presión, corrosión atmosférica, choque vibratorio, potencia de entrada y salida, colocación estática, entre otros. Por lo tanto, las LIB también funcionan en un entorno complejo y estos factores proponen un gran desafío para la seguridad, el ciclo de vida y el uso eficaz. Es importante administrar la batería para reducir su alto costo y mejorar su capacidad contra el abuso. El abuso de la batería (incluida la sobrecarga, la descarga excesiva, el sobrecalentamiento, por ejemplo) podría causar una reducción en la vida útil del ciclo de la batería o incluso accidentes de seguridad.
Como ejemplo de contrapunto para esta transición tecnológica, en este caso nos preguntamos, si una batería de un automóvil eléctrico es mas grande que una batería de un automóvil convencional (a combustión), y si la bateria del auto eléctrico debe renovarse (así como la del auto a combustión), ¿un mayor tamaño de la batería de un auto eléctrico daría en un mayor costo ambiental? ¿Depende de los materiales que se usan en las baterías y en las posibilidades de reciclado?
Con el foco en estas preguntas, resulta necesario comparar cómo funcionan los automóviles convencionales y los automóviles eléctricos. El auto convencional usa la batería solamente para algunos procesos, tales como el encendido del motor, mientras que el auto eléctrico la utiliza para todas sus funciones. Es por eso que en general los autos convencionales a nafta o gasolina usan las típicas baterías de plomo ácido que son más baratas, pero también menos eficientes, mientras que los autos eléctricos utilizan baterías de ion litio que son mucho más eficientes (también más costosas). En otras palabras, la estimación de costos y beneficios ambientales depende de la combinación de componentes evaluados, en este caso la combinación tipo de auto - tipo de batería.
Las condiciones de uso también pueden modificar la ecuación de costos y beneficios ambientales. La operación a alta o baja temperatura durante un tiempo prolongado, demasiado bajo o alto estado de carga (SOC), sobrecorriente, y otros problemas, acortan la vida útil de la batería. Tal abuso de la batería puede causar fallas en la batería e incluso incendios, explosiones u otros problemas de seguridad.
Otra forma de abordar el tema de costos y beneficios ambientales, es clasificar los tipos de baterías y sus tipos de uso (además del uso para vehículos), entre otros puntos tales como eficiencia, tiempo útil, posibilidad de reciclado, procesos de recuperación, recursos e implicaciones en la cadena de producción, reciclado y desechos (no reciclables).
Las baterías de plomo ácido se usan principalmente en vehículos motorizados, y para el almacenamiento de energía generada por células fotovoltaicas, turbinas eólicas, para suministrar energía eléctrica de reserva, iluminación y aparatos eléctricos. Las baterías de litio también se utilizan para muchas cosas, cada vez más por su mayor eficiencia, además de ser ampliamente utilizadas en vehículos eléctricos.
Por lo tanto, el tamaño de la batería no necesariamente implica una relación directa con el costo ambiental en términos de resultado; quizá pese más en términos de nuevas formas de hacer minería y de generación de energía, ya que tanto autos convencionales como eléctricos se basan en la minería y la producción de automóviles demanda energía y procesos contaminantes. Los balances sobre procesos puntuales necesitan evaluarse también a nivel de procesos globales, y en función de la matriz productiva y energética de la que forma parte un producto (batería o auto eléctrico, por ejemplo).
La tesis de Triana Barreda sobre “Baterías de tracción para vehículos eléctricos” (Valladolid, España) plantea tres puntos principales en relación a los costos y beneficios de los automóviles eléctricos en comparación a los automóviles convencionales. La implementación de vehículos eléctricos como sustituto de los convencionales es más compleja que el reemplazo de tipos de betarías. Las baterías de autos eléctricos necesitan un sistema de control y gestión de cada una de las celdas de la batería. La extensión y el costo de estos sistemas dependerá de la estrategia seguida al seleccionar el tipo de batería.
Un aumento en el número de vehículos eléctricos demanda más energía. Las ciudades deben adaptarse a esta nueva demanda implementando puntos de recarga en espacios públicos, y los usuarios también deben colocar puntos de recarga en sus hogares. Estas condiciones cuestionan si estamos preparados para un aumento drástico de vehículos eléctricos en el mercado. Si el número de vehículos eléctricos aumentara de forma espectacular, esto es, se acelera la transición tecnológica, las empresas energéticas deben tener la capacidad de producir la cantidad de energía demandada y, este aumento de la demanda, podría llevar a un incremento del precio.
Los vehículos eléctricos no emiten contaminantes al andar. Sin embargo, de manera similar a los vehículos convencionales, el proceso de fabricación de baterías implica materiales tóxicos y procesos contaminantes. La generación de energía eléctrica, que es la fuente de sustento, también es un proceso contaminante. Finalmente, debe tenerse en cuenta qué se hace con las baterías cuando un vehículo eléctrico llega al final de su vida. A diferencia de los vehículos de motores de combustión interna, las baterías deben ser sustraídas y debidamente recicladas. La infraestructura para el reciclado de baterías de autos eléctricos aún tiene un incipiente desarrollo, y no parece estar preparado el proceso de transición tecnológica.
La tesis doctoral de Seguí Peidro (2019) estudia la reutilización de baterías de vehículos eléctricos en sistemas de almacenamiento estacionario para mejorar la penetración de energía renovable en España. Plantea que un crecimiento en la demanda de vehículos eléctricos aumentará la disponibilidad de baterías que pueden tener una segunda o tercera vida, lo cual reduciría la huella ecológica y fortalecería sistemas de economía circular. Como dato ilustrativo, los fabricantes del Nissan Leaf 2019 da a las baterías una garantía de 8 años con un compromiso de no reducción de la capacidad del 75%.
Como en los autos convencionales, las baterías de autos eléctricos tienen un ciclo de vida inferior a la del propio vehículo. Aparentemente, esta condición brinda oportunidades de mercado y reducción del impacto ambiental. Las baterías de autos eléctricos con capacidad residual entre 70 y 80% pueden ser reutilizadas.
La fabricación de baterías de autos eléctricos es el primer paso de la cadena de valor. El incremento del número de vehículos eléctricos tiene varias implicaciones. Se predice que la demanda energética y la fabricación de baterías aumentarán, lo cual implica un aumento de la extracción de recursos minerales como grafito, litio, cobalto, níquel y manganeso en los países en vías de desarrollo, donde se encuentran dichos recursos. Además del costo productivo, condiciones regionales como en el caso de la República Democrática del Congo para el cobalto, o como en el caso de Sudamérica para el litio, suponen problemas socio-ambientales que no se trasladan al lugar de uso del vehículo. Aunque se proyecta que el precio de las baterías de autos eléctricos baje aproximadamente a un tercio en una década, los problemas regionales pueden aumentar el costo ambiental.
Aunque se considera en general que los vehículos eléctricos son más beneficiosos para el ambiente, la gestión de las baterías como residuos es complicada y tediosa debido a los materiales con los que se fabrican.
En consecuencia, es deseable que los esfuerzos de la transición tecnológica se enfoquen en el re-uso de baterías. A diferencia de los vehículos convencionales, las baterías de los vehículos eléctricos funcionan con un rendimiento muy alto (umbral de 70-80 % de capacidad de almacenamiento), que las hace utilizables en aplicaciones de almacenamiento estacionario. Una vez la capacidad de la batería de un vehículo eléctrico baja del 80%, se considera que la batería no rinde a la capacidad necesaria, por lo que se debe cambiar, quedando todavía entre un 70 y un 80% de capacidad empleable en segundos usos, previamente a ser reciclada.
Las previsiones para la transición tecnológica sugieren que para 2040, la mitad de los vehículos ligeros matriculados por año sean de tipo eléctrico. Por lo que la ventana de oportunidad se está abriendo. Esto a su vez tiene consecuencias directas en la demanda energética, y por lo tanto también en la transición energética hacia formas de generación de energía renovable, segura, eficiente y sostenible.
La electromovilidad está aumentando y el flujo de residuos para gestionar será cada vez mayor, trasladando un problema (empleo de combustibles fósiles en el sector transporte) a otro (acumulación de pilas en vertederos).
Chen y colaboradores, en su reporte de investigación de 2019, titulado “Reciclaje de baterías de iones de litio de vehículos eléctricos al final de su vida útil”, tratan sobre las posibilidades de reciclado de batería de litio (que son la tecnología actual). Ellos estiman que este tipo de baterías suelen duran entre 8 y 10 años, y han aumentado la autonomía de los autos eléctricos. Hace hincapié en que no existe ningún plan para reciclado de estas baterías. Ellos proponen que una vez que se agotan las baterías pueden seguir tres caminos: 1) Reutilizarlas: es darle una segunda vida a las baterías. Económicamente, puede ser costoso porque implica cambiar las celdas dañadas y restaurar el sistema. 2) Demostraciones en industria: podrían usarse en sistemas de segundo uso, por ejemplo, en sistemas de almacenamiento de energía solar en hogares o para otros electrodomésticos. 3) Reciclado: sería la opción más saludable. Sin embargo la cantidad de compuestos químicos de las baterías actuales hace que el proceso sea más complejo. Chen y colaboradores hacen hincapié en el reciclado en la industria metalúrgica.
El estudio de Andara (2019) sobre “Usabilidad, impactos ambientales y costos de los vehículos de combustión interna y eléctricos” estima que los vehículos eléctricos superan a los vehículos de combustión interna respecto a los beneficios para el medio ambiente.
Aparte de las condiciones del vehículo, es importante que la generación de electricidad sea sustentable y ambientalmente amigable, para que pueda obtenerse el efecto deseado de reducción de efecto invernadero. Los procesos de fabricación de los vehículos deben ser revisados para que sean eficientes y con el menor impacto sobre el medio ambiente.
También es necesaria la instalación y mantenimiento de redes de estaciones de carga para facilitar el proceso de carga de los vehículos eléctricos, ya que es un punto clave que pudiese mejorar la aceptación por parte de los usuarios.
Los productos tecnológicos de celdas de combustible (“a hidrogeno”) se presumen como otra alternativa, aunque no están disponibles para todos los usuarios y su alto costo y problemas de seguridad, la señalan como una opción a futuro, una vez que sea más accesible. Y los vehículos híbridos entre combustión interna y eléctrico a baterías son una opción que es aún costosa.
En la siguiente tabla adaptada de Andara (2019) se comparan los tres principales tipos de vehículos de la transición tecnológica. Los costos se estiman relativos, dado que dependen de la dinámica económica.
| vehículo | uso | costo ambiental | costo productivo |
|---|---|---|---|
| motor de combustión interna (convencional) | amplia red de estaciones de servicio, mayor tiempo de autonomía | emisión de gases contaminantes y partículas, contaminación sonora, contaminación por fabricación de vehículos y combustibles | menor costo de adquisición, mayor costo de mantenimiento (menor costo de mantenimiento y reciclado de baterías) |
| eléctrico a baterías | limitada red de suministro de energía, menor tiempo de autonomía | contaminación por fabricación de vehículos y fuentes de energía eléctrica | mayor costo de adquisición, menor costo de mantenimiento (mayor costo de mantenimiento y reciclado de baterías) |
| híbrido | red más amplia de combustible más energía, mayor tiempo de autonomía | emisión de gases contaminantes y partículas, contaminación sonora según el uso, contaminación por fabricación de vehículos y fuentes de energía eléctrica | mayor costo de adquisición, costo de mantenimiento de las dos fuentes de movilidad (mayor costo de mantenimiento y reciclado de baterías eléctricas) |
En la transición tecnológica, seguimos buscando los procesos que minimicen la contaminación, procesos que la contengan una vez producida, y nuevas formas de generación de energía y de producción de vehículos que favorezcan el desarrollo sostenible.
En Argentina, desde 2018 se han incrementado las acciones para promover la transición tecnológica. Diferentes iniciativas se han generado en este contexto, como es el Plan de Movilidad Limpia 2035 de la Ciudad de Buenos Aires, el cual fomenta la incorporación de tecnologías alternativas en el sector de transporte. Tal iniciativa se concretó en mayo de 2019 cuando se puso en marcha la primera prueba piloto que incorporó a la circulación los dos primeros ómnibus eléctricos en la Ciudad de Buenos Aires. En 2018 también la empresa eléctrica Enel aportó dos centros de carga y la empresa de refinería de petróleo YPF junto con un consorcio privado se propuso la instalación de una red de 220 puntos de carga rápida; y en noviembre de ese mismo año, la provincia de San Luis inauguró la primera ruta eléctrica del país. Si bien Argentina ha tenido atrasos en el desarrollo para la transición tecnológica, estos indicios sugieren que hay posibilidades y también que hay mucho por hacer.
Analía Benavidez, Julieta García Serra, Ágata Ordano, Laura González, Mariana Valoy, Mariano Ordano
Pablo Ingaramo, Daniel Castillo, Oscar Ordano.
Fundación Nodo Ambiental (2020) Infoblog Baterías de Automóviles. Yerba Buena, Tucumán, Argentina. Recuperado de https://nodoambiental.org/contaminación/2020/09/22/baterías.html
Esta obra está bajo una Licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional.
Usted es libre de:
Compartir — copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato
Adaptar — remezclar, transformar y crear a partir del material
