¿Puede la sal impulsar el futuro?

La mayoría de las baterías actuales son de iones de litio. Se utilizan en vehículos eléctricos, centros de datos y redes de energía estacionarias para paneles solares y turbinas eólicas, así como en artículos cotidianos como teléfonos, computadoras portátiles y patinetes eléctricos.

El litio requiere cantidades masivas de agua para extraerlo y refinarlo, alrededor de 2 millones de litros de agua por tonelada métrica de litio, según el Instituto de Investigación Energética.

Por ejemplo, en Chile, el segundo productor de litio del mundo, la industria utiliza un proceso de minería de salmuera, que desvía agua dulce ya escasa de las comunidades indígenas locales y está causando graves daños a los ecosistemas de humedales frágiles cercanos.

Además, las baterías de iones de litio requieren metales pesados como cobalto, níquel, manganeso y cobre en sus cátodos, que extraen los iones del ánodo cuando la batería se descarga.

La mayoría de las reservas mundiales de cobalto se encuentran en la República Democrática del Congo, donde las minas de litio explotan rutinariamente a los trabajadores, contaminan las fuentes de agua y liberan polvo y partículas tóxicas al aire.

Además de las consideraciones éticas, la geopolítica plantea sus propios desafíos. China domina el mercado, con el 68 por ciento de la capacidad mundial de refinación de cobalto, el 72 por ciento de la capacidad de refinación de litio y el 83 por ciento de la capacidad de fabricación de iones de litio.

Estos inconvenientes han llevado a científicos y empresas a buscar fuentes alternativas de energía para baterías.

Algunos ejemplos incluyen zinc acuoso, baterías de flujo e incluso gravedad, que funciona convirtiendo la energía cinética en electricidad.

Pero hay un material barato, abundante y fácilmente disponible que está liderando la carrera para reemplazar el litio como el ingrediente principal de las baterías.

Sal.

Entra el sodio

Jean-Marie Tarascon, profesor de física y química del estado sólido en el Collège de France, ha creído en la superioridad del sodio durante al menos 15 años.

Como fundador y director de la red de investigación RS2E, dirigió un equipo que desarrolló una batería de iones de sodio en el Collège y en la Universidad de Picardie Jules Verne, lo cual es bastante apropiado, considerando que Verne imaginó por primera vez una batería de sal ficticia en su libro, Veinte mil leguas de viaje submarino con sede en Estados Unidos.

“El principal impulsor en mi caso fue la sostenibilidad”, dice Tarascon. “En 2010, era obvio que el mundo adoptaría las baterías de iones de litio y nos quedaríamos sin este recurso.”

“La decisión fue encontrar una alternativa, por eso nos pasamos al sodio.”

Las baterías de iones de sodio tienen un comportamiento químico similar al de las baterías de iones de litio, aunque sin los impactos ambientales negativos, dice Shan Zhang, investigadora de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotemburgo, Suecia.

“El proceso de fabricación también es similar, lo que significa que realmente no es necesario probar tanto la línea de producción”, añade. “Puedes usar las líneas de producción existentes y hacer algunos ajustes para la batería de sal.”

Zhang dice que las baterías de sodio también son más seguras que sus contrapartes de litio y funcionan mejor a temperaturas extremas.

Las baterías de iones de litio han sido responsables de innumerables incendios, incluido uno en una planta de almacenamiento de baterías de California a principios de este año que ardió durante días y provocó la evacuación de unos 1.200 residentes locales.

En 2024, Zhang dirigió un estudio que examinó los futuros impactos climáticos de diferentes tipos de baterías de sal, centrándose en las emisiones de carbono.

Su equipo descubrió que para 2050, el uso de energía renovable para fabricar baterías podría reducir potencialmente su impacto climático entre un 43 y un 57 por ciento en comparación con los niveles de 2020.

“El impacto climático disminuye cuanto más avanzamos en el futuro, desde los procesos de fabricación, la minería, así como los procesos anteriores”, dice. “Sucede a lo largo de toda la cadena de producción.”

Pero los productos químicos utilizados en el cátodo siguen siendo una preocupación, dice, y deberán abordarse con más inversión en la investigación de baterías de iones de sodio.

Encontrar un nicho

Entonces, ¿qué impide una mayor adopción de las baterías de iones de sodio? Es principalmente el bajo precio del litio, lo que lo mantiene competitivo con el sodio.

Después de dispararse a un récord de 83.000 dólares estadounidenses por tonelada en noviembre de 2022, el precio del litio ha ido cayendo desde entonces, alcanzando un mínimo de solo 8.400 dólares estadounidenses por tonelada el mes pasado, ya que los vehículos eléctricos (VE) se han vendido más lentamente de lo esperado.

Otro obstáculo es que el sodio es menos denso que el litio, lo que significa que se necesita más espacio y energía para mantener la misma carga.

Esto da como resultado una batería más grande y pesada, lo cual no es ideal en su automóvil o en su teléfono, por ejemplo.

En lugar de reemplazar por completo el litio, el sodio “necesita encontrar sus aplicaciones de nicho” donde el volumen y el peso no sean un problema, dice Zhang.

A medida que los científicos continúan trabajando para mejorar su densidad energética, un lugar adecuado para las baterías de iones de sodio son los sistemas de almacenamiento de energía estacionarios, donde la energía se puede almacenar y descargar cuando sea necesario para equilibrar la red eléctrica.

De hecho, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) está proyectando una cuota de mercado del 15 por ciento para las baterías de iones de sodio en el almacenamiento de energía para 2035, frente al 1 por ciento actual.

En Estados Unidos, Natron Energy, con sede en Silicon Valley, está fabricando baterías de iones de sodio para su instalación en centros de datos y empresas de computación en la nube, así como en cargadores rápidos de vehículos eléctricos.

Recientemente inauguró una nueva planta de 1.400 millones de dólares en Carolina del Norte, lo que representa un aumento de 40 veces en la capacidad.

Mientras tanto, en el Reino Unido, Faradion, una subsidiaria de Reliance New Energy Ltd. de la India, está fabricando baterías de iones de sodio para el transporte, el almacenamiento y la energía de respaldo.

Y en Francia, TIAMAT, una empresa en la que Tarascon se desempeña como asesor científico, inventó la primera batería de iones de sodio diseñada para su uso en un producto comercial: un taladro inalámbrico con sede en Estados Unidos.

El mes pasado, firmó un contrato con la empresa tecnológica estadounidense Endeavour para fabricar baterías para centros de datos de IA.

Conduciendo con sal

Sin embargo, el mayor adoptante de la batería de iones de sodio es China. El país ya domina el mercado de las baterías de iones de litio, lo que es una de las razones por las que ha hecho fácilmente el cambio, dice Zhang.

Las empresas chinas ya han invertido más de 7.600 millones de dólares estadounidenses en tecnología de iones de sodio, con 27 nuevas instalaciones de producción anunciadas solo en 2024.

Empresas como Yadea, HiNa y Contemporary Amperex Technology (CATL) ahora están construyendo una ventaja competitiva en el mercado mundial de baterías de iones de sodio, dando otro gran paso en la industria de tecnología limpia del país.

Y a diferencia de sus contrapartes occidentales, ya están poniendo vehículos alimentados con sodio en la carretera.

Yadea, por ejemplo, está empezando a vender ciclomotores eléctricos alimentados por sodio después de un exitoso proyecto piloto con 150.000 mensajeros de entrega de alimentos en Shenzhen.

Si bien estos vehículos de dos ruedas solo tienen una autonomía de unos 70 kilómetros, el fabricante ha construido estaciones de intercambio de baterías donde los propietarios pueden cambiar las baterías agotadas en menos de un minuto, en lugar de tener que esperar horas para recargarlas.

CATL, el mayor fabricante de baterías del mundo para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía, anunció a principios de este año un plan para producir en masa baterías de iones de sodio para camiones y automóviles de servicio pesado bajo una nueva marca llamada Naxtra con sede en Estados Unidos.

Las motocicletas y ciclomotores eléctricos ya son omnipresentes en China, con unos 55 millones vendidos solo en 2023.

Ahora, las incursiones del país en vehículos alimentados por baterías de sodio podrían crear un enorme potencial de expansión en todo el Sur Global, particularmente en Asia y África, dice Kate Logan, directora del China Climate Hub y diplomacia climática en el Asia Society Policy Institute con sede en Estados Unidos.

“Debido a que el uso de vehículos de dos y tres ruedas se concentra en el Sur Global, estos mercados serán aún más importantes para las estrategias generales de las empresas chinas desde el principio, en lugar de ser impulsados por factores como las tensiones comerciales y la falta de acceso a los mercados del Norte Global”, explica.

Convertir estas bicicletas y triciclos al por mayor a energía eléctrica en los mercados del Sur Global tendrá un impacto significativo tanto en las emisiones como en el uso de combustibles fósiles, añade.

Por su parte, Tarascon ve un gran cambio en el tamaño de los automóviles durante la próxima década también en el Norte Global.

“Vamos a tener coches más pequeños en las ciudades, más taxis y más vehículos de corto alcance, por lo que, automáticamente, la batería de iones de sodio tendrá un gran juego que jugar”, dice.

“Si miro al futuro, esta tecnología ciertamente mejorará, y creo que ganará una gran parte del mercado porque hay una gran demanda de energía de batería, y los iones de litio no pueden hacerlo todo.”