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Comparativa de bater�as de litio, sodio e hidr�geno en la descarbonizaci�n de las econom�as

 

Comparison of lithium, sodium and hydrogen batteries in the decarbonization of economies

 

Compara��o de baterias de l�tio, s�dio e hidrog�nio na descarboniza��o das economias

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: nina.isidro@usfx.bo

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 03 de febrero de 2024 *Aceptado: 08 de marzo de 2024 * Publicado: �17 de abril de 2024

        I.            Doctorando en Gesti�n Financiera Empresarial, Mag�ster en Educaci�n Superior y Metodolog�a de la Investigaci�n, Magister en Administraci�n y Finanzas, Licenciado en Matem�ticas, Docente Titular de la Asignatura de Estad�stica y Matem�ticas en la Facultad de Contadur�a P�blica y Ciencias Financieras de la Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca, Ecuador.

      II.            Doctora en Ciencias Gerenciales con Postdoctorado en Gerencia de las Organizaciones, Mag�ster en Gerencia de Empresas, Menci�n Gerencia de Operaciones, Contador P�blico, Miembro del Grupo de Investigaci�n Contabilidad y Finanzas (GRICOF) de la Universidad de Cartagena, Colombia.

    III.            Mag�ster en Gerencia de Empresas, Menci�n Gerencia Financiera, Contador P�blico, Articulista y Editora en Jefe de la Revista Mundo Financiero, Profesora - Investigadora de la Universidad ECOTEC, Km 13 1/2 V�a Samborond�n, Samborond�n, Guayas, Ecuador.

 

 

Resumen

La reducci�n de emisiones de carbono a la atm�sfera, en particular el di�xido de carbono (CO2) como el principal gas de efecto invernadero, permitir� conseguir la neutralidad clim�tica deseada mediante la transici�n energ�tica sostenible, por lo cual, como opci�n energ�tica se reconoce el mineral litio como un recurso estrat�gico que se encuentra en salares y roca. Por lo anterior, el aumento de la demanda del litio ha llevado a que su precio incremente a lo largo del tiempo y que se realicen estudios a otros minerales que puedan solventar esta necesidad, por lo cual las bater�as de sodio y las de hidr�geno compiten con las de litio. Ante las necesidades de descarbonizaci�n de las econom�as se plantea en el siguiente estudio comparar las bater�as de litio, sodio e hidr�geno en funci�n a la descarbonizaci�n planteada. Metodol�gicamente, el estudio se centra en un enfoque cuantitativo, con un dise�o no experimental y transeccional, resultando de la comparaci�n de bater�as, diferencias en los costos de fabricaci�n, autonom�a, tiempo de vida, eficiencia, infraestructura, la salud, tecnolog�a entre otros. Lo interesante de estas alternativas es que aporten a la reducci�n de la huella de carbono, implicando una transformaci�n en la manera de hacer negocios sustentado en recursos econ�micos importantes, innovaciones tecnol�gicas de grande magnitud y el compromiso de sectores econ�micos y gobiernos. Bajo este enfoque se concluye que, las bater�as de litio tienen preferencia en los dispositivos m�viles y en veh�culos el�ctricos, pero sus costos son elevados por la obtenci�n de materia prima, por otro lado, las bater�as de sodio son m�s econ�micas y las de hidr�geno por su gran cantidad de energ�a expulsora demuestran mayor eficiencia en veh�culos grandes que recorran distancias largas. A modo de reflexi�n, cada alternativa tiene ventajas para distintas finalidades lo cual servir� para diversificar la econom�a en la transici�n energ�tica.

Palabras clave: Bater�as; Descarbonizaci�n de las econom�as; Hidr�geno; Litio; Sodio; Transici�n energ�tica.

 

Abstract

The reduction of carbon emissions into the atmosphere, particularly carbon dioxide (CO2) as the main greenhouse gas, will allow achieving the desired climate neutrality through the sustainable energy transition, which is why the mineral is recognized as an energy option. Lithium as a strategic resource found in salt flats and rock. Due to the above, the increase in demand for lithium has led to its price increasing over time and studies being carried out on other minerals that can solve this need, which is why sodium and hydrogen batteries compete with lithium ones. Given the decarbonization needs of the economies, the following study proposes comparing lithium, sodium and hydrogen batteries based on the proposed decarbonization. Methodologically, the study focuses on a quantitative approach, with a non-experimental and transectional design, resulting from the comparison of batteries, differences in manufacturing costs, autonomy, life time, efficiency, infrastructure, health, technology among others. The interesting thing about these alternatives is that they contribute to the reduction of the carbon footprint, implying a transformation in the way of doing business supported by important economic resources, technological innovations of great magnitude and the commitment of economic sectors and governments. Under this approach, it is concluded that lithium batteries have preference in mobile devices and electric vehicles, but their costs are high due to obtaining raw materials. On the other hand, sodium batteries are cheaper and hydrogen batteries are cheaper. Its large amount of ejector energy demonstrates greater efficiency in large vehicles that travel long distances. As a reflection, each alternative has advantages for different purposes which will serve to diversify the economy in the energy transition.

Keywords: Batteries; Decarbonization of economies; Hydrogen; Lithium; Sodium; Energy transition.

 

Resumo

A redu��o das emiss�es de carbono para a atmosfera, nomeadamente do di�xido de carbono (CO2) como principal g�s com efeito de estufa, permitir� alcan�ar a desejada neutralidade clim�tica atrav�s da transi��o energ�tica sustent�vel, raz�o pela qual o mineral � reconhecido como uma op��o energ�tica estrat�gica. recurso encontrado em salinas e rochas. Pelo exposto, o aumento da demanda pelo l�tio fez com que seu pre�o aumentasse ao longo do tempo e fossem realizados estudos sobre outros minerais que possam atender a essa necessidade, raz�o pela qual as baterias de s�dio e hidrog�nio competem com as de l�tio. Dadas as necessidades de descarboniza��o das economias, o seguinte estudo prop�e comparar baterias de l�tio, s�dio e hidrog�nio com base na descarboniza��o proposta. Metodologicamente, o estudo centra-se numa abordagem quantitativa, com um desenho n�o experimental e transecional, resultante da compara��o de baterias, diferen�as de custos de fabrica��o, autonomia, tempo de vida, efici�ncia, infraestrutura, sa�de, tecnologia entre outros. O interessante destas alternativas � que contribuem para a redu��o da pegada de carbono, implicando uma transforma��o na forma de fazer neg�cios apoiada em importantes recursos econ�micos, inova��es tecnol�gicas de grande magnitude e no compromisso dos sectores econ�micos e dos governos. Sob esta abordagem, conclui-se que as baterias de l�tio t�m prefer�ncia em dispositivos m�veis e ve�culos el�tricos, mas seus custos s�o elevados devido � obten��o de mat�rias-primas. Por outro lado, as baterias de s�dio s�o mais baratas e as baterias de hidrog�nio s�o mais baratas. a energia demonstra maior efici�ncia em ve�culos de grande porte que percorrem longas dist�ncias. A t�tulo de reflex�o, cada alternativa apresenta vantagens para diferentes fins que servir�o para diversificar a economia na transi��o energ�tica.

Palavras-chave: Baterias; Descarboniza��o das economias; Hidrog�nio; L�tio; S�dio; Transi��o energ�tica.

 

Introducci�n

En la actualidad, con la b�squeda de un desarrollo sostenible a nivel mundial, el litio ha despertado un especial inter�s por su estrecho v�nculo con la transformaci�n energ�tica y las pol�ticas de cambio clim�tico. Esto ha provocado que la demanda aumente, estos �ltimos a�os, permitiendo que los pa�ses que cuentan con estos yacimientos lo consideren un recurso estrat�gico. El litio es un metal alcalino ligero, de baja densidad, que presenta una elevada conductividad el�ctrica, baja viscosidad y un bajo coeficiente de expansi�n t�rmica; sus caracter�sticas le otorgan una elevada densidad de energ�a, lo que le permite almacenar una gran carga el�ctrica por kilogramo (Aquist, 2022).

Con base a esa b�squeda de desarrollo sostenible, la Organizaci�n de Naciones Unidas (ONU) para la agenda 2030 defini� como Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) n�mero 7 lo concerniente a la Energ�a asequible y no contaminante, que tiene el prop�sito de garantizar el acceso a una energ�a limpia y asequible, clave para el desarrollo de las empresas, la educaci�n, la sanidad, la agricultura y el transporte. El diario vivir de la poblaci�n depende de una energ�a segura y asequible, no obstante, el consumo de energ�a contin�a siendo la principal causa del cambio clim�tico que representa el 60% de las emisiones mundiales de los Gases de Efecto Invernadero (GEI). As� que, es preciso mejorar el acceso a los combustibles, tecnolog�as limpias y seguras.

De tal modo que, en vista de la realidad actual se hace necesario hacer una retrospectiva que apunta al uso de combustibles f�siles como el carb�n, petr�leo y/o el gas, como una de las principales fuentes de energ�a el�ctrica, pero su quema produce grandes cantidades de GEI, que son los causantes del cambio clim�tico, son perjudiciales para el bienestar humano y del medioambiente que afecta a todo el mundo. Por lo cual, se debe acelerar la electrificaci�n, aumentar las inversiones en energ�a renovable y en mejorar la eficiencia energ�tica (Naciones Unidas, 2024).

El hecho de que, se haya generado el problema del cambio clim�tico y con ello la necesidad de descarbonizar las econom�as para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, ha llevado a una transici�n energ�tica en los �ltimos a�os, lo que ha provocado e impulsado las fuentes de energ�a renovable y la incorporaci�n de veh�culos el�ctricos (EV, por sus siglas en ingles) en muchos pa�ses, por consiguiente se tiene una creciente demanda de los principales metales entre ellos el litio como se aprecia en la ilustraci�n 1, como materia prima para la fabricaci�n de estas tecnolog�as renovables y EV.

 

Principales fuentes de litio en el mundo por tipo de dep�sito

Nota. Fuente: Aquist (2022)

 

En la ilustraci�n 1, se muestran las principales fuentes donde se encuentra este mineral, que en su mayor�a son los salares en cuencas cerradas (58%), pegmatitas y granitos (26%), arcillas enriquecidas en litio (7%), salmueras de yacimientos petroleros (3%), salmueras geotermales (3%) y zeolitas enriquecidas con litio (3%). Detall�ndose que las mayores fuentes donde se encuentra este mineral son en los salares, por ejemplo, un estudio realizado por el Servicio Geol�gico de Estados Unidos del 2023 ha certificado que el 53% de los recursos mundiales de este mineral, se encuentra en el tri�ngulo del litio, es decir, en los pa�ses de Argentina, Bolivia y Chile (S�nchez et al, 2023). Este elemento presenta propiedades f�sicas y qu�micas particulares, que lo ha convertido en un elemento clave, en especial para el desarrollo tecnol�gico, de los cuales se tiene: las bater�as de ion de litio, para electromovilidad (41%), art�culos electr�nicos (16%) y almacenamiento energ�tico (8%); para la fabricaci�n de vidrios y cer�micas (15%), para grasas y lubricantes (8%), tratamiento de aire (3%), metalurgia (3%), industria farmac�utica (2%) y otros (4%). (Aquist, 2022)

En los �ltimos a�os, la regi�n asiste a una suerte de relanzamiento ampliado del modelo derivado del ciclo de alza de los precios internacionales de los commodities, ocurrido el primer decenio del Siglo XXI y ahora, replicado por la recuperaci�n econ�mica asociada por el fin de las restricciones de la pandemia, el estallido de la guerra ruso-ucraniana y la transici�n energ�tica hacia fuentes de energ�a limpia. En este contexto, el litio se ha convertido en un recurso indispensable para la fabricaci�n de bater�as de ion de litio recargables (Bater�as Li-ion), que son muy utilizados en el campo de la electr�nica de consumo, veh�culos el�ctricos y las energ�as renovables. Este recurso es estrat�gico para asegurar la transici�n energ�tica, en el desarrollo de la econom�a �verde�.

Hist�ricamente, el mercado del litio estaba dominado por la demanda de aplicaciones industriales, como son: la fabricaci�n de vidrio, cer�mica, pol�meros, etc., estas aplicaciones estaban relacionadas con la construcci�n, producci�n industrial, fabricaci�n de aluminio y acero. No obstante, la demanda del litio para las aplicaciones industriales est� perdiendo participaci�n de mercado, debido al aumento significativo de EV y otras aplicaciones de litio para bater�as, pese a esto la demanda de litio ha aumentado un 2,5% anual durante los �ltimos a�os por el crecimiento proveniente de China.

De manera que, el aumento de la demanda del litio ha experimentado un crecimiento a lo largo de los a�os, la cotizaci�n del carbonato de litio grado bater�a � carbonato de litio equivalente (LCE) al 99.1% de pureza o m�s, que en 1990 ten�a un valor de US$ 1.770 por tonelada, y en 2016 � 2018, se registr� que el precio de la tonelada fue de US$ 17.000, y por ultimo su record hist�rico ocurrido en noviembre de 2022, donde su valor por tonelada lleg� a los US$ 88.000 (G�mez Lende, 2023).

Cabe destacar que, las bater�as de iones de litio (Bater�as Li-ion), que son una de las bater�as recargables m�s avanzadas, en la actualidad son las fuentes de energ�a m�viles dominantes que se pueden observar en varios dispositivos portables como: celulares, tablets, port�tiles, entre otros. Otro mercado que tienen las bater�as de ion de litio, son los veh�culos el�ctricos e h�bridos, que requieren bater�as Li-ion de nueva generaci�n, con alta potencia, rendimiento de seguridad mejorado y bajos costos �(Zarza-D�az, 2024).

Asimismo, varios pa�ses de Latinoam�rica y el Caribe (LAC) impulsan la transici�n energ�tica, la RELAC (Renovables en Latinoam�rica y el Caribe), agrupa a 16 pa�ses de la regi�n, donde para el 2030 se comprometieron a reducir sus GEI y acelerar la transici�n a fuentes de energ�a renovables, impulsando el desarrollo de tecnolog�as emergentes, como: el almacenamiento de energ�a y el hidr�geno verde, brindando apoyo a los gobiernos a desarrollar marcos regulatorios que faciliten la adopci�n de EV, adem�s se pretende realizar una integraci�n energ�tica en Am�rica Latina, con el objetivo de fomentar grandes proyectos energ�ticos y mejorar el acceso a energ�a m�s barata, compartiendo las reservas y aumentando la oferta el�ctrica, lo cual desplazar� a las energ�as m�s costosas y contaminantes (BID, 2024).

Bolivia uno de los pa�ses del tri�ngulo del litio, utiliza la tecnolog�a EDL (Extracci�n Directa de Litio) en salares, adem�s realiza incentivos para la electromovilidad, instalando estaciones de servicio que brinden energ�a el�ctrica gratuita por un a�o a todos los motorizados el�ctricos; dio inicio al programa de hidr�geno verde, teniendo un gran avance hacia la transici�n energ�tica y la industria del litio. Adem�s, se realizan m�ltiples inversiones para brindar el servicio de electricidad a zonas rurales y alejadas de los departamentos de Beni, La Paz, Cochabamba, Chuquisaca, Oruro y Tarija. Dentro de los incentivos se encuentran: La Tarifa Dignidad, que beneficia aproximadamente a 1,14 millones de usuarios con un ahorro del 25% y la Integraci�n energ�tica, con relaci�n al proyecto �L�nea de Transmisi�n Juana Azurduy de Padilla 132 kV Bolivia � Argentina�, donde pr�ximamente Bolivia podr� exportar energ�a el�ctrica con el pa�s vecino (Ministerio de Hidrocarburos y Energ�as, 2023).

En cuanto a las perspectivas del mercado de litio y las bater�as, la demanda de productos de litio, expresado en Carbonato de Litio Equivalente (LCE), para el 2019 fue de 312.000 toneladas (t), teniendo una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 13,6% desde el 2015, el pa�s con mayor consumo es China que representa el 55% de la demanda global de litio en 2019, esta participaci�n aumentar� hasta el 66% en la pr�xima d�cada. La demanda de productos de litio entre 2019 y 2030, crecer� en m�s de 1,3 millones de toneladas con un TCAC extraordinario del 18,5% impulsado por el crecimiento de las ventas de EV. Para el 2019 la oferta total de litio extra�do de roca y salmuera alcanz� las 358.500 t LCE, esto es un crecimiento del 239% a comparaci�n del 2015 (Jones y otros, 2021).

En la ilustraci�n 1, se muestran las ventajas, desventajas m�s comunes de las principales tecnolog�as de bater�as, como son: �xido de Litio y Cobalto (LCO), �xido de Litio y Manganeso (LMO), Fosfato de Hierro y Litio (LFP), �xido de N�quel, Manganeso y Cobalto de Litio (NMC), �xido de N�quel, Cobalto y Aluminio de Litio (NCA), N�quel - Cadmio (NiCd) y N�quel � Metal Hidruro (NiMH)

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Tabla 1 Ventajas y desventajas en tecnolog�a de Bater�as Li-ion

Nota: Elaboraci�n propia con base en Jones, Acu�a & Rodr�guez (2021)

 

Las ventajas y desventajas presentadas en la tabla 1, indican que las bater�as Li-ion, tienen una densidad de energ�a adecuada para su uso en EV y en bater�as de dispositivos port�tiles, dependiendo la capacidad de almacenamiento y la densidad de energ�a que se requiera se utilizar� un tipo espec�fico. A diferencia de otras bater�as como el N�quel y el Cobalto, el contenido de litio no var�a ampliamente entre las configuraciones qu�micas de bater�as, esto implica que las proyecciones de demanda de litio no var�an entre los diferentes tipos de bater�as, como se muestra en la ilustraci�n 2.

Contenido de litio es estable alrededor de 0,7 � 0,8 (En Kg/kWh LCE)

 

Nota: Elaboraci�n propia con base en Jones, Acu�a & Rodr�guez (2021)

 

Los EV se han posicionado como la tecnolog�a dominante para reducir las emisiones del sector de transporte, ya que las emisiones de los autom�viles a combusti�n interna representan el 7% del aporte a las emisiones globales. Se estima que durante el proceso de concentraci�n evapor�tica (un m�todo utilizado para extraer litio de las salmueras), se pierde a la atm�sfera entre 50 y 500 m³ de agua por tonelada producida de LCE, a lo que se adiciona un consumo de agua dulce de entre 5 y 50 m³ por tonelada del mismo producto.

Cabe acotar que, en Argentina el litio es producido en territorios donde habitan comunidades originarias, quienes utilizan los recursos naturales existentes para su supervivencia, en este contexto, la miner�a del litio requiere grandes cantidades de agua, que forma una competencia por el uso del recurso escaso en la regi�n. El temor de las comunidades locales tiene origen en el potencial agotamiento de las fuentes de agua dulce por la miner�a del litio y pese a los m�ltiples reclamos y conflictos socio-ambientales entre los diferentes actores que intervienen en la producci�n del litio en Argentina (comunidades originarias, compa��as mineras, Estado), las empresas aseguran que no existe tal riesgo ya que la producci�n de litio, no genera grandes huellas de carbono y el consumo del agua es despreciable a comparaci�n de otros procesos mineros (Diaz Paz y otros, 2022).

En Bolivia, la participaci�n social es un tema central en la Constituci�n Pol�tica del Estado (CPE), donde la Ley N�341 de Participaci�n y Control Social, sancionada en 2013, dispuso la creaci�n de �espacios permanentes� de participaci�n y control social en las empresas p�blicas. Estos espacios debieron implementarse en la empresa de Yacimientos de Litio Boliviano (YLB), sin embargo, esto nunca ocurri� en la pr�ctica. De la misma forma que otras empresas estatales, la participaci�n social en YLB se redujo a audiencias p�blicas de �Rendici�n de Cuentas�, que se realizan una vez al a�o y en las diapositivas que muestras presentan algunos datos, sin desarrollo, ni an�lisis de ejecuci�n presupuestaria, cr�ditos, productos y/o ventas�(Sol�n, 2022).

Considerando la nueva agenda para el cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) para el 2030 impulsados por la Organizaci�n de Naciones Unidas (ONU) que tiene 17 objetivos fundamentales en la esfera econ�mica, social y ambiental, los pa�ses subscritos al acuerdo deben fijar sus metas con el fin de cumplir los ODS. Y el sector minero no est� ajeno a la transformaci�n, debiendo fijar sus procesos para cumplir estos objetivos, en especial con la gran demanda de litio, entre otros materiales, que est� impulsada por la transici�n energ�tica.

Entre los 17 ODS, se resaltan: el N�3: Salud y bienestar; N�6: Agua limpia y saneamiento; N�7: Energ�a asequible y no contaminante; N�11: Ciudades y comunidades sostenibles; N�12: producci�n y consumo responsable; y el N�15: Vida de ecosistemas terrestres. Estos objetivos est�n interrelacionados y buscan abordar los desaf�os econ�micos, sociales y ambientales de manera integrada y hol�stica para un desarrollo sostenible global.

No obstante, la utilizaci�n de agua por parte de una operaci�n o proyecto minero puede generar un impacto en el ecosistema y en las comunidades locales. As� que, en nivel de est�ndares, la Iniciativa para el Aseguramiento de la Miner�a Responsable (IRMA, por sus siglas en ingl�s), recomienda que una empresa responsable en el uso del agua debe utilizar estos recursos de manera eficiente, asegur�ndose que la extracci�n de agua mantenga los flujos en el caso de arroyos y otras aguas superficiales y minimizando la extracci�n en el caso de aguas subterr�neas, adem�s, impulsa a las empresas mineras limpiar el agua para que pueda ser reutilizada (Jones y otros, 2021).

Por otra parte, frente a la transici�n energ�tica que se lleva a cabo, los inversionistas buscan nuevas opciones m�s limpias, eficientes y m�s rentables, entre los cuales como principales competidores a las bater�as de Li-ion se encuentran las bater�as de hidr�geno y las bater�as de sodio. El hidr�geno es el elemento qu�mico m�s ligero que existe, en condiciones normales se encuentra en estado gaseoso, es ins�pido, incoloro e inodoro, en el planeta es muy abundante, pero se encuentra en combinaci�n con otros elementos como el ox�geno formando mol�culas de agua, o al carbono, formando compuestos org�nicos, constituye el 75% aproximadamente de la materia del Universo, por lo cual no es un combustible que pueda tomarse directamente de la naturaleza, por lo que se tiene que �fabricar�. Un kilogramo de hidr�geno puede liberar m�s energ�a que un kilogramo de otro combustible, casi el triple que la gasolina o el gas natural, y para liberar energ�a no emite CO₂, tan solo vapor de agua, por lo que el impacto ambiental es nulo (Centro Nacional de Hidr�geno, 2019).

En cuanto al cloruro de sodio, este se presenta como una sustancia de color blanco y cristalina que se disuelve en agua. Es com�nmente encontrada en la naturaleza y, conocida con el nombre de sal; la cual se define como un producto cristalino compuesto principalmente por cloruro de sodio. Este se obtiene ya sea del mar, de dep�sitos subterr�neos de sal mineral o de salmuera natural (MINSALUD, 2023).

En este sentido, los veh�culos el�ctricos pila de combustible de hidr�geno (FCEV, por sus siglas en ingles), la electricidad se produce por la reacci�n que se ocasiona en el interior de una celda electroqu�mica entre el hidr�geno contenido en los tanques y el ox�geno del aire, como residuo se obtiene una peque�a cantidad de agua y calor, esa electricidad se almacena en una peque�a bater�a que servir� para alimentar el motor o motores el�ctricos. Entre las ventajas que tiene se encuentra que el repostaje es muy r�pido de unos cinco minutos para una autonom�a de m�s de 600 Km, adem�s las bater�as intermedias necesarias son peque�as, porque act�an como intermediarias y no son responsables de almacenar energ�a directamente, por lo que se requiere menos materia prima no renovable como el litio y cobalto para su fabricaci�n.

Sin embargo, antes de que el hidr�geno produzca electricidad para impulsar un veh�culo el�ctrico (EV), debe crearse, transportarse y almacenarse, en este proceso esta tecnolog�a pierde muchas de sus ventajas, considerando el impacto ambiental en t�rminos de emisiones de CO₂. Un veh�culo alimentado por bater�as tan solo el 8% de la energ�a se pierde durante el proceso hasta que la energ�a llegue a la bater�a, cuando esta pasa al motor el�ctrico para transformarse en movimiento se pierde un poco m�s, dependiendo el EV la eficiencia se encuentra entre un 70% � 90%. En el caso del hidrogeno las p�rdidas son mayores, el 45% de la energ�a se pierde solo en la producci�n mediante la electrolisis, la licuaci�n y el transporte, al 55% restante se resta a la p�rdida por la transformaci�n del hidr�geno en electricidad, dependiendo el EV final, la eficiencia ronda entre un 25% � 35% (Garc�a G. , 2021).

En cuanto a las bater�as de iones de sodio (bater�as Na-ion), tienen buenas cualidades ambientales, tienen alta densidad de carga, pero su rendimiento es limitado, no son inflamables y funcionan bien a bajas temperaturas, la carga es m�s r�pida, que las variantes de Li-ion y tiene un ciclo de vida tres veces mayor, en comparaci�n con la Bater�as Li-ion, ambos utilizan un electrolito l�quido para almacenar y transferir energ�a el�ctrica, pero difieren en el tipo de ion que usan.

Pese a sus ventajas las bater�as de sodio carecen de una cadena de suministro bien establecida para los materiales utilizados en bater�as, como la tecnolog�a est� empezando pocas empresas operan en este segmento, lo que implica mayor costo de las bater�as, al ser menos densas tienen menor capacidad de almacenamiento, tiene un ciclo de carga � recarga de 5.000 veces, a comparaci�n que el litio es que es de 8mil a 10 mil veces�(Ju�rez, 2023).

En cambio, las ventajas que tiene las bater�as de Hidr�geno ser�an las siguientes: es 100% sostenible ya que no emite gases contaminantes durante su combusti�n, su f�cil almacenamiento permite su utilizaci�n posterior, el hidr�geno puede transformarse en electricidad y esta energ�a puede mezclarse con gas natural hasta en un 20%, el hidr�geno como materia prima se encuentra en todos los pa�ses. Por su lado, entre las desventajas se tiene que el proceso de electr�lisis es m�s costoso que los que utilizan combustible f�sil, se requiere encontrar un m�todo que obtenga hidr�geno verde a gran escala (Mamani Alizares, 2022).

 

Metodolog�a

Se utiliza, el tipo de investigaci�n b�sica con un enfoque de cuantitativo, aplicando un dise�o no experimental y transeccional, esta investigaci�n recopila datos en un momento �nico, con el prop�sito de describir variables y analizar su incidencia e interrelaci�n en un momento dato. (Hern�ndez Sampieri y otros, 2014). En este sentido se estudia la variable referida a las bater�as de litio y sus principales competidoras y se presentan los resultados de acuerdo a la investigaci�n realizada sin realizar ninguna modificaci�n.

En cuanto a la t�cnica de investigaci�n se plantea la revisi�n literaria sobre las caracter�sticas de las principales bater�as para los veh�culos el�ctricos, para la transici�n energ�tica. Los casos de estudio son: las bater�as de litio, bater�as de sodio y bater�as de hidr�geno. En este sentido, la investigaci�n se concreta de nivel descriptivo � documental, realizada mediante la revisi�n de informaci�n en art�culos de revistas, publicaciones de empresas relacionadas al sector automovil�stico, publicaciones de empresas relacionadas a la transici�n energ�tica y cuidado del medio ambiente; Se utiliz� el m�todo anal�tico, para analizar las caracter�sticas de cada bater�a y tambi�n se utiliz� Microsoft Excel como herramienta para el c�lculo de par�metros y proyecciones.

 

Resultados y su discusi�n

Para realizar la comparaci�n entre las bater�as Li-ion y las bater�as Na-ion, se deben considerar varios aspectos que influyen en el tiempo de carga de un EV, Blink Charging (2023) menciona:

�                    La capacidad de la bater�a, la bater�a de los EV se mide en kilovatios por hora (kWh), Los EV h�bridos enchufables pueden tener una capacidad de 12 kWh, los EV utilitarios alrededor de 40 kWh y los modelos de lujo hasta 80 kWh, las bater�as m�s grandes proporcionan mayor autonom�a, pero una vez descargada, los tiempos de carga son m�s largos.

�                    La potencia y velocidad del cargador del EV, el tipo de cargador es un factor clave, a mayor potencia, habr� una carga m�s r�pida, los cargadores de nivel 1, son los m�s b�sicos y comunes que se encuentran o se tiene en el hogar y tienen una potencia de 1,4 kW, mientras que los cargadores DC (corriente continua), pueden proporcionar una potencia de 500 kW, lo que permite cargar de energ�a en menor tiempo.

�                    El Estado de Carga (SoC) o el nivel de carga inicial, para los EV se recomienda recargar siempre entre el 20% � 80% de su capacidad para preservar la bater�a, cuanto m�s se agote la carga, menor protecci�n tendr� la bater�a y m�s lenta ser� la carga.

�                    La hora del d�a, la cantidad de EVs conectados, influyen durante la recarga, por ejemplo, si se realiza la recarga durante las horas pico, la red el�ctrica puede no ofrecer su m�ximo potencial, lo que disminuye la velocidad de carga. Adem�s, si varios EV est�n conectados simult�neamente en lugares de carga p�blicos, la potencia de la estaci�n se dividir� entre todos los veh�culos conectados, lo que afecta en la velocidad de carga.

�                    La temperatura ambiente, tambi�n influye en la velocidad de carga y en la autonom�a de la bater�a, ya que las condiciones extremas de frio o calor, puede ralentizar el proceso de carga en las bater�as.

�                    El tipo de conector, los distintos tipos de conectores tienen capacidades variadas de carga, lo que implica velocidades de carga diferentes.

�                    La salud de la bater�a (SoH), este representa la relaci�n entre la carga m�xima de la bater�a y su capacidad nominal original, conforme transcurre el tiempo es posible que disminuya la SoH, por lo general los fabricantes ofrecen garant�as de bater�a que suelen cubrir entre 160.000 y 200.000 kil�metros o de 6 a 10 a�os, lo que ocurra primero. Despu�s de este tiempo las bater�as suelen tener una SoH del 75%,

En este sentido, para poder calcular el tiempo de carga de un EV, se puede utilizar la siguiente f�rmula, se debe considerar que existen factores que pueden influenciar como se mencion� con anterioridad.

A continuaci�n, en la Tabla 2, se muestra la comparaci�n entre las bater�as Li-ion y las Bater�as Na-ion, los costos, autonom�a de cada bater�a, tiempo de vida y salud.

 

Tabla 2 Comparaci�n de las Bater�as Li-ion y Na-ion

Nota. Fuente: Europa Press (2024); Ryzhkov (2023); Cambio Energ�tico (2023); Callejo (2024)

 

Como se observa en la Tabla 2, en cuanto al costo total para la fabricaci�n de una bater�a Li-ion, est� cerca de US$ 190 por kWh, para una bater�a de 60 kWh para un EV, se utilizar�a US$ 11.400 para la fabricaci�n de la bater�a. En cambio, para la fabricaci�n de bater�as Na-ion, tendr�a un costo de US$ 50 por kWh, y para una bater�a de 60 kWh, se utilizar�a US$ 3.000 para la fabricaci�n. Los costos de materia prima pueden variar seg�n la ubicaci�n geogr�fica, la demanda del mercado y la disponibilidad, en este caso se consider� el precio del litio en US$ 13.000 la tonelada.

Con respecto a la autonom�a de un EV se refiere a la distancia que puede recorrer con una carga completa de su bater�a antes de necesitar una recarga, esta autonom�a puede variar seg�n la capacidad de la bater�a, condiciones de conducci�n, SoC, SoH, entre otros aspectos antes mencionados, las bater�as Li-ion tiene una autonom�a de 800 � 1100 Km, en comparaci�n de los 400 � 500 Km que tienen las bater�as Na-ion.

Con relaci�n a el tiempo de vida de una bater�a, se considera por la cantidad de ciclos de carga y descarga antes de que comience a perder su capacidad, un ciclo se completa cuando la bater�a se carga completamente y se descarga completamente. Las bater�as de Li-ion de bajo voltaje suelen estar entre los 4.000 � 6.000 ciclos, asegurando un rendimiento (SoH) del 60% - 80% al termino de estos ciclos. Las bater�as Li-ion de alto voltaje ofrecen hasta 10.000 ciclos. En cambio, las ultimas bater�as de Na-ion, tienen 5000 ciclos de vida, ahora, estimando que un ciclo equivale a un d�a, un a�o tendr�a 365 ciclos, 4.000 ciclos ser�an 10,96 a�os, en 5000 ciclos ser�a 13,70 a�os, 6.000 ciclos ser�a 16,44 a�os y 10.000 ciclos ser�a 27,40 a�os.

 

Comparaci�n entre las Bater�as Li-ion e Hidr�geno

Nota: Elaboraci�n propia en base en Garc�a (2021); Roberto (2023) y Flores (2024)

 

El reabastecimiento de las bater�as de hidr�geno es comparable a los veh�culos tradicionales de gasolina o di�sel, con unos cinco minutos de repostaje ofrece m�s de 600 Km de autonom�a. El tiempo de espera para recargar una bater�a o cambiarlo cuando se agota, es de 15 minutos, incluso como solo requiere hidr�geno y ox�geno, el reabastecimiento de combustible es rentable, sin embargo, contin�a el problema de la accesibilidad que con el tiempo se espera que sea m�s accesible.

Asimismo, las bater�as de hidr�geno son la opci�n m�s limpia, ya que solo produce calor y agua como subproducto, ya que no contiene materiales t�xicos. Adem�s, son m�s compactas, livianas, silenciosas y con m�s energ�a en menor masa, adecuadas para largas distancias, lo que permite una mayor autonom�a en veh�culos grandes, por ejemplo, un cami�n con una autonom�a de 800 Km reducir�a su peso en 2 toneladas si utilizara una bater�a de hidr�geno en comparaci�n a que se utilizara una bater�a Li-ion.

Adem�s, considerando la capacidad de reciclaje de las bater�as de litio, solo el 5% se reciclan y al contener componentes met�licos t�xicos como el cobalto, n�quel y manganeso, estos a menudo se filtran en la tierra y contaminan las fuentes de agua, por lo cual, ser�a necesario producir m�s bater�as de hidr�geno, sin embargo, el costo de las materias primas involucradas para la creaci�n de estos combustibles de hidr�geno, son altos, como el platino.

En lo que tiene que ver con la infraestructura, a diferencia de las bater�as Li-ion y Na-ion, las bater�as de Hidr�geno, requieren una estructura m�s compleja, ya que se demanda tanques de almacenamiento, compresores de gas, un sistema de preenfriamiento y un dispensador de hidr�geno presurizado entre 350 a 700 bares, seg�n el tipo de veh�culo. Las bater�as de hidr�geno a�n requieren pruebas, mayor inversi�n y mejoras en su tecnolog�a, que permita una mejor eficiencia para su uso en los veh�culos peque�os.

Por �ltimo, la transici�n energ�tica, generar� la creaci�n de empleos en los sectores de energ�as renovables, eficiencia energ�tica y la fabricaci�n de veh�culos el�ctricos. Adem�s, reducir� la dependencia de los combustibles f�siles, ayudar� a las empresas y hogares a ahorrar en las facturas de energ�a. As� que, la reducci�n de GEI es uno de los principales beneficios de esta transici�n, junto con la mejora de calidad del aire y la protecci�n del medio ambiente.

 

Conclusiones

Con relaci�n a los costos, capacidad, salud de las bater�as y otros aspectos, dependen del tipo de bater�a y los cuidados que se d� a la misma, pero se debe considerar que Bater�as de Li-ion y Na-ion al ser minerales no renovables, es inevitable que esta fuente de energ�a se agote, por lo cual se debe contemplar nuevas y/o mejoras en las investigaciones y en otros minerales sostenibles cuya producci�n sea amigable con el medio ambiente.

Igualmente, las bater�as Na-ion y de Hidr�geno, tienen estudios por delante para mejorar su eficiencia, ciclos de vida, tecnolog�a entre otros, la ventaja que tienen estas bater�as, es que sus materias primas se encuentran en varios pa�ses del planeta, adem�s en la transici�n energ�tica que se vive hoy en d�a, se debe considerar una recuperaci�n del hidr�geno a escala industrial con energ�as renovables. No obstante, las bater�as Li-ion son las preferidas para los EV y/o los dispositivos m�viles por su capacidad de almacenamiento de energ�a, pero los costos para la fabricaci�n pueden ser elevados. Sin embargo, las bater�as Na-ion son una soluci�n m�s econ�mica, rentables en climas de extremo frio o calor, sin considerar a los veh�culos grandes, ya que ambas se encuentran por debajo de las bater�as de hidr�geno que cuenta con las mejores caracter�sticas para este tipo de veh�culos.

En conclusi�n, cada bater�a tiene sus pros y contras dependiendo el equipo, veh�culo y las condiciones clim�ticas en las que se encuentren, los costes de estas mismas pueden ser elevados, aun as�, si la vida quiere continuar, se debe considerar la transici�n energ�tica y el cambio de los veh�culos propulsados por energ�a f�sil, por veh�culos el�ctricos que son m�s amigables con el medio ambiente y reducen las cantidades de CO₂ en el planeta.

 

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� 2024 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).