La electrificación
del automóvil, está claro que se ha convertido en una carrera en la que todas
las marcas están invirtiendo enormes sumas de dinero en sus laboratorios para
poder hacerse con la Pole Position en
cuanto a duración, sostenibilidad y bajos costes se refiere. Lógicamente, todo
esto ocurre bajo la atenta mirada de los usuarios, que están expectantes para
poder tener una oferta más amplia de la que existe ahora en el mercado con
respecto a los coches eléctricos. Una oferta que tendrá que ser más amplia y,
por supuesto si quieren triunfar mucho más económica.
En la parte
inferior Mercede-Benz, nos ofrece una interesante entrevista donde podemos
contemplar, los planes de la marca en cuanto a baterías para automóviles
eléctricos se refiere y resto de mercados como puede ser el del transporte de
mercancías o de personas, etc. Muy recomendable. Que lo disfruten.
El
sistema de baterías es quizá el componente más crítico de los vehículos
eléctricos. Además de obtener la mayor densidad de energía posible, aspectos
como la seguridad, el peso y la sostenibilidad juegan un papel fundamental. El
Prof. Dr. Andreas Hintennach, director de investigación de celdas de batería en
Daimler, además de explicar los fundamentos de las celdas actuales de iones de
litio, describe qué tecnologías futuras tienen verdaderamente una oportunidad.
El
sistema de baterías es un elemento clave de la movilidad eléctrica. Todos los
días en Daimler expertos de diversas disciplinas se ocupan de todos los
aspectos de esta tecnología de almacenamiento de energía, desde la
investigación básica hasta la madurez en su producción. Los requisitos son
complejos y varían según la aplicación. Esto se debe a que los Mild-Hybrid
(híbridos suaves) de 48 voltios, los híbridos enchufables y los puramente
eléctricos requieren diferentes enfoques en su desarrollo. Con el fin de
mantener una visión general sobre este tema tan debatido, Andreas Hintennach
expone la visión de los principios técnicos, así como los objetivos de
desarrollo e investigación de Daimler.
Profesor Hintennach, usted trabaja en la
investigación y el desarrollo de baterías, el tema “candente” de la actualidad
en términos de movilidad eléctrica. ¿Cómo aborda Mercedes-Benz este tema?
La
tecnología de baterías es un elemento clave de la movilidad eléctrica y no como
producto en sí mismo, sino una parte integral de la arquitectura del vehículo.
Por lo tanto, cubrimos todas las etapas, desde la investigación fundamental
hasta la madurez de la producción. Nuestras actividades incluyen la
optimización continua de la generación actual de sistemas de baterías de iones
de litio, el desarrollo futuro de celdas disponibles en el mercado mundial y la
investigación de sistemas de baterías de próxima generación. Pero, por
supuesto, hay más cuando se trata de baterías para vehículos eléctricos.
También estamos trabajando en el sistema de gestión de la batería, que es un
computador complejo en el que siempre puedes mejorar. La gestión térmica
también es un tema importante. Es responsable tanto de la vida útil como del
rendimiento de la batería. Debe comprenderse a fondo el mecanismo de las
tecnologías para poder tomar las decisiones correctas.
¿Cuál es su enfoque actual?
Mientras
nuestro nuevo modelo EQC se está introduciendo en los mercados, estamos
preparando el camino para las próximas generaciones de potentes vehículos
eléctricos. Las baterías de iones de litio son el tipo más común utilizado en
la electrónica y los vehículos eléctricos en la actualidad. En los próximos
años, esta tecnología continuará marcando el camino, pero hay más por venir.
Constantemente innovamos y trabajamos en alternativas más allá del ion-litio,
no solo en relación con la densidad de energía y el tiempo de carga, sino
también con la sostenibilidad. Por ejemplo, hemos acordado una colaboración
para la sostenibilidad con Farasis Energy (Ganzhou) Co., Ltd. para adoptar un
enfoque holístico a lo largo de toda la cadena de valor: parte de las celdas de
batería de la próxima generación de vehículos de nuestra marca de productos y
tecnología EQ se producirá con el empleo de electricidad que provenga en su
totalidad de energías renovables. Nuestras competencias para la evaluación
tecnológica de materiales y celdas, así como las actividades de investigación y
desarrollo, están constantemente en expansión.
¿Entonces, es más que aumentar
simplemente los kWh de las baterías?
La
capacidad energética es importante, por supuesto. Pero hay más: la seguridad es
un factor decisivo para nosotros. Los cambios relacionados con el material
podrían permitir obtener una mayor capacidad, pero comprometiendo la seguridad.
Para nosotros, esto definitivamente está fuera de toda consideración. Un
Mercedes-Benz tiene que ser el punto de referencia cuando se trata de seguridad
y esto también se aplica a su paquete de baterías. Uno de nuestros principios
rectores en el desarrollo es también la flexibilidad: en Daimler hay muchas
aplicaciones para las baterías, desde los smart, los automóviles y furgonetas
de Mercedes-Benz hasta autobuses y camiones pesados y, finalmente, desde
Mild-Hybrid (híbridos suaves) de 48 voltios, híbridos echufables o puramente
eléctricos. Y, por supuesto, las soluciones que encontremos deben ser sostenibles.
¿Qué importancia tiene la sostenibilidad
en el desarrollo?
La
sostenibilidad se ha convertido en el principio general de cualquier actividad
de desarrollo en Daimler. Dado que la fabricación de vehículos requiere una
gran cantidad de materias primas, uno de nuestros enfoques de desarrollo es
minimizar la necesidad de recursos naturales, pero también aumentar la
transparencia en primer lugar. Durante el desarrollo, creamos un concepto para
cada modelo de vehículo en el que todos los componentes y materiales se
analizan para determinar su idoneidad en el contexto de una economía circular.
Con respecto a las baterías, este concepto ya se utiliza para investigaciones
fundamentales en las que los materiales preciosos pueden sustituirse,
minimizarse o utilizarse de manera más eficiente. Además, la capacidad de
reciclaje se tiene en cuenta desde el principio. Por lo tanto, la producción de
baterías se convierte en parte de un enfoque holístico: un circuito cerrado;
una llamada economía circular.
¿Cuál es el impacto ambiental de los
vehículos eléctricos? Se ha demostrado que la propulsión eléctrica tiene un
impacto mayor que el de los motores de combustión en la fase de producción.
La
producción del motor de combustión se ha mejorado constantemente en los últimos
133 años. La batería y la pila de combustible, por otro lado, actualmente
inician su vida útil con más emisiones debido al mayor requerimiento de
energía. Sin embargo, en términos de funcionamiento, ambas son mucho más
eficientes. Y eso compensa a largo plazo. Incluso si no los cargamos con
electricidad con una huella neutra en CO₂, los vehículos que funcionan con
baterías generan alrededor de un 40 % menos de emisiones durante su ciclo de
vida que los vehículos con motores de gasolina, y un 30 % menos que los
vehículos que funcionan con diésel. Y, en este cálculo, no se tienen en cuenta
las reducciones de emisiones de CO2 durante la producción que nos marcamos como
objetivo para el año 2039, ni el reciclado de materias primas que se
incorporarán al ciclo de producción en el futuro. Ambos mejorarán aún más la
sostenibilidad de nuestros vehículos de manera integral y, al hacerlo,
contribuirán a nuestro programa “Ambition2039”. Hoy en día, nuestros vehículos
ya son recuperables en un 95 %.
¿Cuánto tiempo pasará hasta que exista
un mercado para materias primas secundarias?
En
ocho o diez años habrá un número significativo de baterías de vehículos
disponibles para reciclar. En particular, entonces se reciclarán cobalto,
níquel, cobre y más tarde también el silicio. Ya estamos muy bien preparados y
los procesos están en su lugar, al igual que las oportunidades para devolver
las materias primas secundarias al ciclo de producción. Actualmente hacemos
esto con nuestras baterías de prueba. El establecimiento de un mercado
funcional para las materias primas secundarias para Europa es de gran
importancia política, porque Europa apenas tiene fuentes primarias. Pero, por
supuesto, estamos haciendo todo lo posible para garantizar que las baterías
duren el mayor tiempo posible.
¿Qué materiales se usan en la batería?
Con
la tecnología de iones de litio, la estructura de celdas siempre es similar,
independientemente de si se trata de un teléfono móvil o de una batería de un
coche eléctrico. Siempre hay dos láminas de metal, como el cobre y el aluminio.
Entre las láminas de metal están los dos polos con el cátodo y el ánodo, entre
los cuales tiene lugar la reacción eléctrica. Para la reacción se requiere un
metal reactivo como el litio. El mayor factor de coste es la composición del
cátodo, es decir, el polo positivo de la batería. Se compone de una mezcla de
níquel, manganeso y cobalto. El ánodo está hecho de polvo de grafito, litio,
electrolitos y un separador.
¿Y dónde entra en juego el mencionado
silicio?
El
silicio reemplazará en gran medida al polvo de grafito en el futuro. Esto nos
permitirá aumentar la densidad de energía de las baterías en aproximadamente un
20 o un 25 %. El silicio nos permite usar materiales en el lado del cátodo que
no son compatibles con el grafito que se usa actualmente. Imagine dos vasos. Si
desea verter agua de uno a otro, el segundo debe tener al menos el mismo tamaño
para que no se desborde. Del mismo modo, el ánodo y el cátodo deberían
armonizarse, lo que llamamos “equilibrio”. El silicio también se usa para
mejorar la velocidad de carga.
Una señal importante: el cobalto se
asocia frecuentemente con violaciones de los derechos humanos y daños al medio
ambiente en relación con su extracción, particularmente cuando proviene de la
República Democrática del Congo. ¿Qué está haciendo Daimler al respecto?
Hemos
desarrollado un enfoque que tiene como objetivo garantizar que nuestros
proveedores cumplan nuestros requisitos con respecto a sostenibilidad y, al
hacerlo, aspirar a lograr una mayor transparencia en la cadena de suministro.
Con este fin, hemos contratado a una empresa de auditoría para aclarar y
monitorizar cada etapa de la cadena de suministro de cobalto de acuerdo con los
estándares de la OCDE. Después de todo, la electromovilidad sólo es
verdaderamente sostenible si las materias primas se extraen en condiciones
sostenibles.
Otra estrategia es reemplazar el cobalto
con otros materiales menos críticos ...
Estamos
investigándolo. Con la generación actual de celdas de batería ya hemos podido
reducir la proporción de cobalto en el material activo (níquel, manganeso,
cobalto y litio) de alrededor de un tercio a menos del 20 %. En el laboratorio
actualmente estamos trabajando con menos del 10 % y esta proporción se reducirá
aún más en el futuro. Desde una perspectiva química, hay muchos argumentos para
abstenerse por completo del cobalto. Cuanto más se reduce la mezcla de
materiales, más fácil y más eficiente es reciclar. La energía requerida para la
producción química también se reduce porque la mezcla es más fácil de producir.
¿Qué reemplazará al cobalto y otros
materiales como el litio?
Son
materiales que se basan principalmente en el manganeso, una materia prima que
es menos problemática desde una perspectiva ecológica y más fácil de trabajar.
Ya existen excelentes instalaciones de reciclaje para el manganeso porque se ha
utilizado durante décadas en forma de baterías alcalinas (baterías no
recargables). La tarea de los investigadores es hacer que este tipo de batería
se pueda cargar. Esperamos que la tecnología esté lista para el mercado en la
segunda mitad de la década de 2020. Otra alternativa es la batería de
litio/azufre. El azufre es un producto de desecho industrial casi sin coste,
muy puro y puede reciclarse fácilmente. Presenta desafíos significativos con
respecto a la densidad de energía, pero también tiene un eco-equilibrio
inigualable. Sin embargo, pueden pasar años hasta que esta tecnología esté
disponible para turismos.
El litio también es objeto de críticas.
¿Puede esta materia prima también ser reemplazada?
Puede.
La batería de magnesio-azufre, por ejemplo, no contiene litio. Estamos
familiarizados con el magnesio de nuestra vida cotidiana en forma de tiza. La
gran ventaja es que está disponible libremente. El Swabian Alb consiste
completamente en tiza, por ejemplo. Sin embargo, nuestra investigación se
encuentra actualmente en una etapa de laboratorio.
¿Entonces, no hay alternativas a la
batería de iones de litio en la actualidad?
Hay
en algunas aplicaciones. Incluso hay tecnologías que son superiores a la
batería de iones de litio. Entre ellas se encuentra la batería de estado
sólido, que utilizaremos en nuestro autobús urbano eCitaro de Mercedes-Benz en
la segunda mitad de la década de 2020. La tecnología tiene un ciclo de vida muy
largo y tampoco incluye cobalto, níquel o manganeso. Sin embargo, su densidad
de energía es menor, lo que la hace relativamente grande y lenta de cargar. Por
eso es bueno para vehículos comerciales, pero no para turismos. La batería de
iones de litio estará con nosotros durante los próximos años.
¿Cuál será el próximo “santo grial”?
¿Son las baterías de estado sólido el futuro?
No
hay una sola tecnología post iones de litio. Ya se trate de celdas con
electrolitos de estado sólido, ánodos metálicos de litio o sistemas de azufre
de litio: todas las tecnologías difieren en sus requisitos de materiales
específicos, sus aplicaciones y, no menos importante, en su nivel de madurez.
Cada tecnología tiene sus pros y contras específicos. La buena noticia es que
existen múltiples caminos que reducen el riesgo de un posible callejón sin
salida en el desarrollo. Aún no a la vuelta de la esquina, pero tampoco muy
lejos en el camino, hay baterías en las que el recubrimiento de grafito del
ánodo se puede reemplazar con materiales novedosos como papel de litio-metal o
polvo de silicona. Ambos aumentan la densidad de energía con diferencia. Esto
conduce a una mayor autonomía e incluso podría soportar una carga rápida. Todas
las baterías de estado sólido tienen grandes ventajas en cuando a seguridad,
pero todavía estamos trabajando en carga rápida y una vida útil más larga antes
de que podamos decir “ésta es la tecnología que deberíamos llevar ahora a la
carretera” con respecto a nuestros turismos.
¿Y qué pasará más adelante?
El
litio-azufre es una posible alternativa. Reemplazar el níquel y el cobalto de
las baterías actuales con azufre aumentaría significativamente la
sostenibilidad. La densidad de energía también tiene mucho potencial, pero la
vida útil aún no es lo suficientemente larga y tomará un tiempo hasta que haya
un avance en esta área. En las baterías de litio-aire, en realidad solo hay
litio. El resto, el oxígeno, simplemente proviene del aire. Químicamente es un
concepto similar al que tiene la pila de combustible, donde estamos usando
hidrógeno. La densidad de energía sería sobresaliente, pero esta tecnología
todavía está muy lejos de convertirse en una realidad.
Con el vehículo de investigación VISION
AVTR, se fue un paso más allá, mucho más allá del mañana. ¿La tecnología de
baterías orgánica es realmente una opción?
Con
el VISION AVTR Mercedes-Benz presenta una visión sostenible de la movilidad
libre de emisiones, también en lo que respecta a tecnologías de conducción. Por
primera vez, su revolucionaria tecnología de baterías consiste en una química
de celdas orgánicas basada en grafeno y, por lo tanto, no utiliza materiales
raros, tóxicos o caros, como los metales. Esto hace que la movilidad eléctrica
sea independiente de los recursos fósiles. Una revolución absoluta es la
posibilidad de reciclar el 100% a través del compostaje debido a la
materialidad, como un excelente ejemplo de una futura economía circular en el
sector de las materias primas. Además de una densidad de energía exponencialmente
alta, la tecnología también impresiona con su excepcional capacidad de carga
rápida. Las baterías orgánicas son actualmente parte de nuestra investigación
fundamental. Todavía se necesitarán varios años hasta que pueda instalarse en
los vehículos Mercedes-Benz, ¡pero el potencial está ahí!
MERCEDES-BENZ
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