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Leire Zubizarreta en el exterior de las instalaciones del ITE
Leire Zubizarreta en el exterior de las instalaciones del ITE

Licenciada en Químicas por la Universidad del País Vasco y doctorada por la Universidad de Oviedo, Leire Zubizarreta complementó su formación en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas y, en la actualidad, es investigadora del Instituto Tecnológico de la Energía, en Valencia.

Llevamos mucho tiempo oyendo hablar de baterías con mayor almacenamiento, menos peso y más velocidad de carga, la solución para evolucionar de los combustibles fósiles a la electrificación de la economía. ¿Cree que ha llegado ya ese momento? ¿En qué estado se encuentran cada una de esas tres vertientes de la batería del futuro?

La investigación en baterías con mejores prestaciones para aplicaciones en vehículo eléctrico es una constante, tanto por parte de la comunidad científica-tecnológica como por parte de la industria involucrada en este sector.

Se han conseguido avances importantes, muy centrados en la mejora de prestaciones de baterías de Li-ion, que han permitido madurar tecnológicamente esta tecnología y reducir su coste. En este contexto, diferentes agentes de mercado (Avicenne, EIA, BNEF, IDtech) predicen que el nicho de mercado principal de las baterías Li-ion va a ser en los próximos años el vehículo eléctrico, con una fuerte penetración para 2025.

Sin embargo, para hacer los vehículos eléctricos más competitivos las baterías se siguen enfrentando a una serie de retos centrados en la cantidad de energía almacenada para mejorar la autonomía, el tiempo de recarga para conseguir la carga rápida, el coste (actualmente representa un elevado porcentaje del vehículo) así como la seguridad y la sostenibilidad. La evolución de estos parámetros va a estar ligada al desarrollo de nuevos materiales que permitan mejoras de la baterías de Li-ion actuales o de nuevas tecnologías conocidas como post-Li (baterías sólidas, Li-azufre, metal-aire), nuevos procesos de fabricación y diseños de componentes y celdas, procesos de reciclado y establecimiento de la segunda vida de baterías y la gestión de materias primas críticas.

Dentro de las diferentes líneas de I+D, las baterías constituyen una línea estratégica para el ITE desde hace ya más de 10 años, y desarrolla activamente diferentes cuestiones relacionadas con las mismas, desde la mejora de materiales hasta su integración en diferentes aplicaciones como las redes eléctricas y la electromovilidad.

Leire Zubizarreta

«Si se cumplen las previsiones de penetración del vehículo eléctrico, otro aspecto importante es la acumulación de las baterías al final de su vida útil»

 

El grafeno parecía una de esas soluciones, pero no ha culminado su desarrollo industrial, ¿Qué tecnologías en investigación considera más maduras dentro del post-litio? ¿Se solucionarán los problemas de los ciclos de recarga con estas nuevas tecnologías para aumentar la amortización de las baterías?

Actualmente hay un gran abanico de tecnologías en estudio con diferentes grados de madurez. Las de Li-ion son las de tecnología más madura, y se esperan mejoras para dar lugar a modelos avanzados basados en nuevos cátodos de alto voltaje (NMC, espinelas) y ánodos basados en materiales compuestos de silicio. En un estado intermedio se encuentran las baterías solidas de litio y Li-azufre. Las primeras se basan en el uso de electrolitos sólidos, frente a los electrolitos líquidos utilizados en baterías Li-ion y que son altamente inflamables y reactivos con los electrodos. Se espera que el uso de estos electrolitos sólidos aumente la seguridad de las baterías y permita el uso de electrodos capaces de proporcionar una gran energía, que son altamente reactivos, como el litio metálico. Los retos tecnológicos fundamentales, entre ellos la ciclabilidad, son el desarrollo de materiales con buenas prestaciones y los procesos de fabricación.

Finalmente, con un menor grado de madurez hay otras tecnologías como el Li-aire y otras alternativas al litio como el sodio, magnesio o calcio, todas ellas en fase de investigación fundamental.

¿En qué medida considera la sostenibilidad un reto tan importante para las baterías como la propia autonomía?

Teniendo en cuenta la masiva penetración previsible de vehículos eléctricos en los próximos años, existe una preocupación centrada en si será posible garantizar el abastecimiento de materias primas críticas para la fabricación de baterías como son el litio o el cobalto. Estos metales están localizados geoestratégicamente en determinados países como Argentina, Bolivia o Chile, en el caso del litio y en la República del Congo en el caso del cobalto.

Por otro lado, si se cumplen las previsiones de penetración del vehículo eléctrico, otro aspecto importante es la acumulación de las baterías al final de su vida útil. Es por ello que, además de trabajar en la mejora de las prestaciones tecnológicas de las baterías es necesario desarrollar estrategias que permitan la reducción o sustitución de materias primas críticas, en los componentes de las baterías y desarrollar procesos de reciclado eficientes, así como establecer los que se conoce como segunda vida de las baterías, que consiste en reutilizarlas en otro tipo de aplicaciones. 

¿Cree viable que se puedan solucionar los problemas de producción de baterías a medida que la adquisición de vehículos eléctricos se generalice?, ¿Es posible para Europa desarrollar una fabricación a gran escala hasta 2030, teniendo en cuenta que la producción está actualmente concentrada en Asia?

Cubrir la demanda de producción de baterías frente a la masiva penetración prevista es otro de los retos que se plantean. Actualmente, la producción está muy centrada en Asia, concretamente en China, con un aumento significativo en la capacidad productiva y planes ambiciosos para su ampliación.

En Europa se está impulsando la construcción de diferentes gigafactorias para contribuir a la fabricación europea, asociada a la importante industria de automoción y con el apoyo de la EBA (European Battery Alliance). Actualmente ya hay iniciativas en marcha, como la de la empresa Nortvolt, gigafactoria de 32 GWh de capacidad, en Suecia, que cuenta con la ayuda del Banco Europeo de Inversión y fabricantes de vehículos europeos. También consorcios como el de Saft y el grupo PSA-Opel, unidos en un proyecto para el desarrollo conjunto de celdas. CATL, LG Chem, Samsung SDI y SK Innovation tienen establecidas fábricas en países como Alemania, Francia, Polonia y Hungría. Toda esta inversión alcanzará los 200 GWh, producidos en la Unión Europea hacia 2025. Y según el estudio realizado por Bloomberg, basándose en las fábricas anunciadas y bajo construcción, en 2021 se pretende dar un salto hasta los 400 GWh, con el 73 % de la producción global concentrada en China.

De todas maneras, las previsiones indican que para 2030 se espera que la demanda supere los 1.500 GWh, así que lo números todavía no encajan. Hace falta mucha reutilización, recuperación y reciclaje.

La European Battery Alliance no prevé soluciones a gran escala hasta final de la próxima década, ¿está generando una estrategia lo bastante clara y suficientes expectativas e inquietud empresarial a su alrededor?, ¿existe alguna previsión respecto de la necesidad del reciclaje para esta fabricación de gran volumen?

La European Battery Alliance es una alianza muy interesante ya que ha conseguido unir a la Comisión Europea, administraciones de varios países, el Banco Europeo de Inversión y a los actores industriales y de innovación claves en baterías con un objetivo común que es fabricar baterías en Europa. Junto con ella hay diferentes iniciativas que demuestran una clara apuesta de Europa por posicionarse en la fabricación de baterías, y que cubren todo el espectro de su madurez tecnológica. Entre ellas, cabe destacar Batteries 2030, sobre investigación disruptiva de baterías del futuro, la Plataforma Europea de Baterías (ETIP) centrada en tecnologías con intermedio grado de madurez, la Plataforma de Especialización S3 de Materiales Avanzados para Baterías, para promover proyectos relacionados con materiales avanzados… En todas ellas participan diferentes agentes de la administración, la industria y la innovación. Desde el ITE participamos también en varias de ellas.

El reciclaje está muy presente en todas las iniciativas. La EBA lo mantiene como línea prioritaria porque tiene como objetivo ser líder global en tecnologías de baterías sostenibles.

Compañías como Tesla trabajan en baterías vinculadas a generación renovable, ¿qué posibilidades considera que existen en este sentido?, ¿en qué medida cree que es útil y viable en nuestro país?

Las energías renovables y el vehículo eléctrico constituyen un tándem perfecto para promover un sistema energético eficiente y sostenible. Las baterías del vehículo eléctrico, además de poder ser recargadas por energías renovables y promover una movilidad sostenible, desempeñarán un papel fundamental como gestores en la red, dentro del concepto que se conoce como V2G (Vehicle to Grid). Uno de los problemas de las renovables es su producción intermitente y la dificultad de controlar la gestión de la demanda, por lo que son necesarios sistemas de almacenamiento, lo que subraya ese papel fundamental de las baterías.

Leire Zubizarreta en el exterior de las instalaciones del ITE
Leire Zubizarreta en el exterior de las instalaciones del ITE

Nuestras condiciones climatológicas propician la integración de renovables y los objetivos para fomentarlas del PNIEC (42 % de renovables sobre el uso final de la energía y 74 % en la generación eléctrica). También los de eficiencia energética (Mejora del 39,6 %) reducción de gases invernadero (21 % respecto a 1990) podrían propiciar un escenario favorable para este tipo de conceptos.

«En esta transición hacia el vehículo eléctrico y almacenamiento eléctrico domestico la formación es fundamental»

 

El instalador eléctrico es parte fundamental en todo el desarrollo del vehículo eléctrico y el almacenamiento eléctrico doméstico. ¿Con las futuras baterías se prevé necesario ampliar la formación del instalador? ¿Considera que se puede abrir en este sentido una nueva línea de negocio para los instaladores?

En esta transición hacia el vehículo eléctrico y almacenamiento eléctrico domestico la formación es fundamental. Las baterías son sistemas complejos que hay que conocer en detalle y su manipulación requiere un conocimiento de una serie de conceptos y de condiciones de uso. Además, no existe una batería única, por ejemplo, dentro de las tecnologías más maduras como el Li-ion, hay diferentes químicas y cada una da lugar a una batería con diferentes prestaciones y condiciones de operación. Su conocimiento es fundamental. Por otro lado, hay también normativas vigentes y en desarrollo que rigen diferentes aspectos de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica y que hay que tener en cuenta.

La integración de sistemas de almacenamiento eléctrico en nuestra sociedad parece inminente, es por ello que esta oportunidad podría suponer una nueva línea de negocio para todos los agentes y sectores con participación en la cadena de valor de la producción, aplicación y operación de estas tecnologías. ν