Baterías de iones de sodio eficientes en el uso de los recursos y respetuosas con el clima
Las baterías basadas en materias primas abundantes podrían reducir los riesgos geopolíticos y las dependencias de regiones concretas
La transición a una sociedad sin combustibles fósiles hace que la necesidad de baterías aumente a un ritmo vertiginoso. Al mismo tiempo, este aumento supondrá una escasez de los metales litio y cobalto, componentes clave de los tipos de pilas más comunes. Una opción es la batería de iones de sodio, cuyas principales materias primas son la sal de mesa y la biomasa procedente de la industria forestal. Ahora, investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) demuestran que estas baterías de iones de sodio tienen un impacto climático equivalente al de sus homólogas de iones de litio, sin el riesgo de que se agoten las materias primas. "Los materiales que utilicemos en las baterías del futuro serán importantes para poder pasar a las energías renovables y a un parque automovilístico sin combustibles fósiles", afirma Rickard Arvidsson, profesor asociado de Análisis de Sistemas Medioambientales en Chalmers.
Según la Ley de Materias Primas Críticas de la Comisión Europea, se espera que la demanda de materias primas críticas para las baterías aumente exponencialmente a medida que los países de la UE realicen la transición a sistemas de energías renovables y vehículos eléctricos. La transición ecológica también exigirá una mayor producción local de baterías y otras nuevas tecnologías libres de fósiles, por lo que se necesita un suministro constante de materias primas para satisfacer la demanda. Al mismo tiempo, esta producción conlleva un alto riesgo de interrupciones del suministro, debido al número limitado de fuentes de materias primas.
"Las baterías de iones de litio se están convirtiendo en una tecnología dominante en el mundo y son mejores para el clima que la tecnología basada en los fósiles, sobre todo en lo que se refiere al transporte. Pero el litio plantea un cuello de botella. No se pueden producir baterías de litio al mismo ritmo que coches eléctricos, y los yacimientos corren el riesgo de agotarse a largo plazo", afirma Rickard Arvidsson. Además, los materiales fundamentales para las baterías, como el litio y el cobalto, se extraen en su mayor parte en unos pocos lugares del mundo, lo que supone un riesgo para el suministro.
Las baterías de iones de sodio ofrecen una tecnología prometedora
El desarrollo de nuevas tecnologías de baterías avanza rápidamente en la búsqueda de la próxima generación de almacenamiento de energía sostenible, que preferiblemente debe tener una larga vida útil, una alta densidad energética y ser fácil de producir. El equipo de investigación de Chalmers decidió estudiar las baterías de iones de sodio, que contienen sodio -una sustancia muy común que se encuentra en el cloruro de sodio común- en lugar de litio. En un nuevo estudio, han llevado a cabo la llamada evaluación del ciclo de vida de las baterías, en la que han examinado su impacto total sobre el medio ambiente y los recursos durante la extracción de la materia prima y la fabricación.
"Llegamos a la conclusión de que las baterías de iones de sodio son mucho mejores que las de iones de litio en términos de impacto sobre la escasez de recursos minerales, y equivalentes en términos de impacto climático. Dependiendo del escenario que se considere, acaban entre 60 y algo más de 100 kilogramos de equivalentes de dióxido de carbono por kilovatio hora de capacidad teórica de almacenamiento de electricidad, lo que es inferior a lo registrado anteriormente para este tipo de baterías de iones de sodio. Es claramente una tecnología prometedora", afirma Rickard Arvidsson.
Los investigadores también identificaron una serie de medidas con potencial para reducir aún más el impacto climático, como el desarrollo de un electrolito ambientalmente mejor, ya que representa una gran parte del impacto total de la batería.
La energía verde requiere almacenamiento energético
Ya se espera que las baterías de iones de sodio actuales se utilicen para el almacenamiento estacionario de energía en la red eléctrica y, con un desarrollo continuo, probablemente también se utilicen en vehículos eléctricos en el futuro.
"El almacenamiento de energía es un requisito previo para la expansión de la energía eólica y solar. Dado que el almacenamiento se hace predominantemente con baterías, la pregunta es ¿de qué estarán hechas esas baterías? El aumento de la demanda de litio y cobalto podría ser un obstáculo para este desarrollo", afirma Rickard Arvidsson.
La gran ventaja de esta tecnología es que los materiales de las baterías de iones de sodio son abundantes y pueden encontrarse en todo el mundo. Uno de los electrodos de las baterías -el cátodo- tiene iones de sodio como portadores de carga, y el otro electrodo -el ánodo- consiste en carbono duro, que en uno de los ejemplos que han investigado los investigadores de Chalmers puede producirse a partir de biomasa de la industria forestal. Desde el punto de vista de los procesos de producción y la geopolítica, las baterías de iones de sodio son también una alternativa que puede acelerar la transición hacia una sociedad sin combustibles fósiles.
"Las baterías basadas en materias primas abundantes podrían reducir los riesgos geopolíticos y las dependencias de regiones concretas, tanto para los fabricantes de baterías como para los países", afirma Rickard Arvidsson.
Más información sobre el estudio
El estudio es una evaluación prospectiva del ciclo de vida de dos pilas de iones de sodio diferentes en la que el impacto ambiental y sobre los recursos se calcula desde la cuna hasta la puerta, es decir, desde la extracción de la materia prima hasta la fabricación de una pila. La unidad funcional del estudio es 1 kWh de capacidad teórica de almacenamiento de electricidad a nivel de celda. Ambos tipos de pilas se basan principalmente en materias primas abundantes. El ánodo se compone de carbono duro procedente de lignina de origen biológico o de materias primas fósiles, y el cátodo, del llamado "blanco de Prusia" (compuesto de sodio, hierro, carbono y nitrógeno). El electrolito contiene una sal de sodio. El modelo de producción corresponde a una futura producción a gran escala. Por ejemplo, la producción real de la célula de la batería se basa en la producción actual a gran escala de baterías de iones de litio en gigafábricas.
Se probaron dos combinaciones diferentes de electricidad, así como dos tipos distintos de los llamados métodos de asignación, es decir, asignación de recursos y emisiones. Uno en el que el impacto climático y sobre los recursos se distribuye entre los coproductos en función de la masa, y otro método en el que todo el impacto se asigna al producto principal (la batería de iones de sodio y sus componentes y materiales).
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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