El litio está ampliamente aceptado como un metal clave en la transición a los vehículos eléctricos (VE) en el camino hacia una economía de cero emisiones netas. De hecho, el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) lo ha clasificado como «recurso mineral crítico». En este artículo, explicamos por qué el litio es tan importante en la historia de los vehículos eléctricos y por qué no todo el litio es igual desde el punto de vista medioambiental.
¿Por qué el litio?
Las baterías de iones de litio son la tecnología de baterías dominante en la actualidad para los vehículos eléctricos y esperamos que el litio siga siendo el núcleo de las futuras tecnologías de baterías para vehículos eléctricos. No se trata de una coincidencia; el litio, como elemento menos denso que es un sólido a temperatura ambiente, es el material más adecuado para ser utilizado como material activo en las baterías.
Por ello, se prevé que la demanda de litio crezca un 130% en 2025 con respecto a 2020. Cabe señalar que los vehículos eléctricos no son el único factor que impulsa la demanda de litio. En 2020 representaban el 39% de la demanda, pero se espera que este porcentaje aumente a más del 60% en 2025. El 42% restante procede de las baterías de electrónica de consumo, las baterías de almacenamiento de energía y una variedad de procesos industriales [1].
Gráfico 1: Se prevé un crecimiento constante de la demanda de litio
Fuente: BNEF, marzo de 2021
La demanda de vehículos eléctricos y, por tanto, de litio se verá impulsada por la continua reducción del coste de las baterías de iones de litio por kilovatio hora (USD/kWh). Esto puede lograrse a través de dos vías:
- mejorando la densidad energética;
- reduciendo el coste mediante efectos de escala.
El precio por kilovatio hora es el indicador más importante para medir la mejora del coste de las baterías de los vehículos eléctricos, ya que representa el precio de una cantidad determinada de almacenamiento de energía y, por tanto, una unidad de autonomía para un vehículo eléctrico. La reducción del coste de la batería es un componente clave para garantizar que los vehículos eléctricos alcancen y superen la paridad de costes con los motores tradicionales de combustión interna.
¿Dónde se encuentra el litio en las baterías?
Simplificándolo mucho, una batería se compone de un cátodo, un ánodo, un separador y un electrolito. Los electrones fluyen entre el cátodo y el ánodo a través del electrolito. El separador mantiene los dos electrodos separados y permite el transporte de los iones de litio que crean el paso de la corriente en la batería. En las baterías actuales, el litio está presente en el cátodo y el electrolito [2].
Gráfico 2: Cómo funciona una batería
Fuente: BNP Paribas Asset Management, junio 2021
En la actualidad, existen tres tipos principales de baterías de iones de litio para su uso en vehículos eléctricos que compiten entre sí:
- NCM: óxidos de litio, cobalto, níquel y manganeso
- LFP: litio y fosfato de hierro
- NCA: óxidos de litio, cobalto, níquel y aluminio
Los planes tecnológicos de los fabricantes de baterías y las inversiones de fabricantes de automóviles apuntan a que la próxima tecnología de baterías para vehículos eléctricos será una batería de iones de litio de estado sólido.
La clave es que el material fundamental, el elemento conductor, sigue siendo el litio.
¿Cómo se produce el litio?
En la actualidad, existen dos vías principales para producir litio:
- Salmueras: representan el 59% de los recursos económicos de litio en la actualidad. Las mayores salmueras se encuentran en Bolivia y Chile, pero también existen salmueras en Argentina y China. Las salmueras son lagos salados evaporados en los que las trazas naturales de litio se han concentrado mediante la evaporación hasta convertirse en un recurso más extraíble económicamente. Para extraer el litio de las salmueras, el proceso general implica la evaporación solar en grandes tanques, antes de extraer impurezas como el boro, el calcio y el magnesio, y luego se precipita y filtra un carbonato de litio, dejando el potasio y el sodio como últimos subproductos. La salmuera, debido a sus menores necesidades de energía y de insumos químicos, suele considerarse la producción de menor coste.
- Espodumeno: los minerales de roca dura, en particular el espodumeno (inosilicato de litio y aluminio), representan el 25% de los recursos de litio. Una vez extraído, el espodumeno debe calentarse y enfriarse antes de ser triturado y tostado de nuevo con ácido sulfúrico concentrado. Después se le añade carbonato de sodio, o ceniza de sosa, y el carbonato de litio resultante puede ser cristalizado, calentado, filtrado y secado [3].
Minería de litio
Fuente: Shutterstock
Los requisitos de pureza del carbonato de litio para baterías favorecen que, en muchos aspectos, la producción de litio para su uso en materiales catódicos se asemeje más a un proceso químico que a un proceso minero puro. Estos requisitos y la complejidad del proceso han provocado muchos de los retrasos a los que se han enfrentado las empresas mineras a la hora de llevar la nueva producción al mercado.
El carbonato de litio puede convertirse en hidróxido de litio, un precursor de los materiales catódicos que algunos productores prefieren, ya que se descompone a menor temperatura.
Para los cátodos NCM con un contenido de níquel superior al 60%, el hidróxido de litio es la vía de fabricación preferida. Por lo tanto, la mayor prevalencia de las baterías de NCM, así como la creciente tendencia a aumentar el contenido de níquel para mejorar la densidad energética, ha hecho que aumente la demanda de hidróxido de litio.
Es probable que la producción a partir de salmueras siga siendo un proceso de dos etapas para el hidróxido de litio, pero la producción de espodumeno convertido directamente en hidróxido reduce el coste de producción [4].
El sector del litio está dominado por cinco empresas
En la actualidad, la industria mundial del litio es un oligopolio, ya que las cinco mayores empresas representan más del 80% de la oferta mundial [5].
Gráfico 3: Producción y reservas de litio
Fuente: Sociedad Geológica de Estados Unidos, enero de 2021
Consideraciones medioambientales relativas a la producción de litio
La producción de litio a partir de recursos minerales como el espodumeno exige un uso intensivo de energía y productos químicos. En China, cada tonelada de litio de roca dura refinada produce 15 toneladas de dióxido de carbono.
Aunque las salmueras son mucho más eficientes desde el punto de vista energético, ya que utilizan la energía solar para la evaporación y la concentración y, por tanto, solo emiten 5 toneladas de dióxido de carbono, también hay que tener en cuenta otras cuestiones: algunos cálculos apuntan a que se pierden 470 metros cúbicos de agua por cada tonelada de hidróxido de litio producida a partir de salmueras sudamericanas [7].
Pensamos que el litio es la solución para descarbonizar el transporte de pasajeros, pero se puede hacer mucho más para que la cadena de suministro sea más sostenible.
De hecho, están surgiendo nuevas soluciones. Hay una empresa que está construyendo un proyecto de litio con cero emisiones de carbono en Alemania mediante un proceso de extracción diferenciado que combina tecnologías avanzadas y depósitos subterráneos de salmuera geotérmica. Otra empresa está tratando de aplicar otro proceso de producción de bajas emisiones de carbono mediante la comercialización de la producción de litio a partir de la salmuera procedente de las instalaciones de producción de bromo existentes.
[1] Servicio Geológico de Estados Unidos
[3] https://www.intechopen.com/books/thermodynamics-and-energy-engineering/lithium-recovery-from-brines-including-seawater-salt-lake-brine-underground-water-and-geothermal-wat, https://www.thoughtco.com/lithium-production-2340123
[4] https://www.argusmedia.com/en/news/1836977-lithium-hydroxide-demand-to-overtake-carbonate-aabc
[5] BNP Paribas Asset Management, GS marzo de 2021, informes de empresa
[6] BNP Paribas Asset Management, GS marzo de 2021, BNEF e informes de empresa
[7] Vulcan Energy, con información de Benchmark Materials, presentación para inversores de mayo de 2021
