Hay Litio de sobra





En el mundo hay 800 millones de coches en circulación. Estos coches hacen una media de 40 Km diarios y resuelven una parte del transporte terrestre de mercancias y personas que no siempre se puede hacer con transporte colectivo.

Mas allá de la discusión de si el transporte colectivo es el único sostenible o no, (aquí SABEMOS QUE NO, porque si bien es cierto que el transporte colectivo optimiza costes energéticos, económicos y ecológicos, en cuestión de sostenibilidad es mas importante el tipo de tecnología usada en el tranporte, que si este es colectivo o individual: Un autobus de combustión puede llevar a 30 personas o a solo 3 y contamina como 5 o 6 coches utilitarios en ambos casos), lo importante es encontrar los números y tecnologías que hagan sostenible el transporte terrestre.

Sostenible quiere decir eso: Sostenible en el tiempo. Sin fecha de caducidad.

En este artículo pretendemos indagar en los límites de la tecnología actual y echar una vista a un posible, deseable, e inminente futuro renovable en el transporte por carretera.


El Salar de Uyuni (Bolivia) es el yacimiento de Litio mas grande conocido

Para moverse hace falta energía

Los humanos conocemos varias formas de "energía condensada". La mas usada en la actualidad son los combustibles fósiles. Un litro de gasolina es capaz de entregar unos 12 Kwh de energía al ser quemado.

Esto es una "densidad energética" (energia dividida por peso), enorme (en comparación, las mejores baterias comerciales de la actualidad andan entorno a los 150 wh/Kgr, es decir unas 90 veces menos), lo cual podría hacernos pensar que la gasolina no tiene rival en las baterias.

Pero el problema principal, para aprovechar esta energía para moverse (o mover mercancias) es que el rendimiento del motor de combustión es de alrededor del 20% (de la energia contenida en cada litro de gasolina, solo una quinta parte se convierte en movimiento y el 80% restante en calor inutil). En comparación, un motor eléctrico tiene un rendimiento cercano al 90% (electricidad convertida en movimiento), con solo un 10% perdido en forma de calor.

Por otro lado, el ratio de peso de motores indica una relación de cinco a uno entre el motor de combustión y el eléctrico: A igualdad de potencias, un motor electrico pesa 5 veces menos que su equivalente de combustión.

Así pues, en cuestión solo de pesos, un vehículo de combustión capaz de hacer 200 kilometros lleva un motor muy pesado y una gasolina muy ligera, mientras que uno eléctrico lleva un motor muy ligero y unas baterias muy pesadas. Pero la suma de pesos (motor+energía) es aproximadamente la misma en ambos casos.

Para distancias mayores, la relación es favorable al vehículo de combustión: Si quieres hacer muchos mas de 200 Km de una sola vez, solo tienes que añadir mas litros de gasolina, que pesan poco en comparación con las baterias equivalentes.

Esto es así hoy y ha sido así desde los principios de la era del automovil, y ha hecho que practicamente el coche eléctrico fuera descartado por la mayoria de fabricantes del mercado.

Por otro lado, el motor de combustión en estos 100 años de historia del automovil, ha evolucionado algo en cuanto a su control electrónico, con el fin de mejorar la eficiencia de la combustión. Pero estos avances no han sido muy determinantes: Sus logros son bastante limitados, y es dificil encontrar un motor de combustión que tenga una eficiencia media mayor del 25 o 30% en la combustión, y siempre en condiciones controladas de laboratorio, muy alejadas del vaivén constante del uso en carretera.

Por su parte, el motor eléctrico no ha evolucionado nada de nada en 100 años, excepto que quizá, los nuevos sistemas electrónicos han permitido dos cosas que hace 80 o 90 años eran problemas no resueltos: El control de la energía que se le entrega (por medio del PWM - Modulacion por Ancho de Pulso), y la posibilidad de hacer motores de corriente contínua sin escobillas. Mas allá de esto, la evolución del motor eléctrico no ha existido.

En el lado energético, la gasolina tampoco ha evolucionado mas que haciendo empeorar la situación: Cada vez hay menos, es mas cara y dificil de obtener y su fecha de caducidad está próxima. Pero la que hay, tiene mas o menos la misma densidad energetica de siempre. Se le han añadido aditivos especiales para evitar diferentes formas de contaminación, pero mas allá de esto, tecnicamente es la misma que hace un siglo.

Por su parte, las baterias han evolucionado bastante. Aunque ya en 1920 se hablaba de baterias de Litio, no es hasta la década de 1990 cuando se entiende que estas baterias no son como las tradicionales de plomo-acido: Requieren procesos de carga y descarga controlados electrónicamente, y cierta parafernalia electrónica auxiliar para obtener su máximo rendimiento.

El futuro

Poca cosa esperamos de los motores, de forma que el futuro de la automoción pasa principalmente por la evolución de la parte energética, mas que por la evolución de la maquinaria de conversión de energia en movimiento.

En el lado combustión, no hay ninguna clase de futuro: El petroleo escaseará cada vez mas y aunque constantemente se nos habla de biocombustibles (combustibles que se obtienen de materiales orgánicos, y que se pueden cultivar), los que seguimos el tema con curiosidad sabemos que todo eso, sin dejar de estar muy bien desde el punto de vista científico, es completamente absurdo desde el punto de vista energético, económico y medioambiental: Una hectarea plantada con cualquier vegetal subsceptible de ser convertido en combustible tiene un rendimiento energético completamente ridículo, del orden de 0.9 watios por metro cuadrado considerando todo el ciclo anual y eso sin tener en cuenta que los cultivos en tierra hay que "rotarlos" cada ciertos años, para que "el suelo no envejezca".

Por otro lado, cultivar hectáreas para mover coches, compite directamente con cultivar hectáeras para alimentar personas y animales y por tanto es descartable como solución, aunque no como problema (que siempre hay quien se lucra del mal ajeno).

En el lado eléctrico, sin embargo, hay todavía muchísimo margen para la investigación: supercondensadores, baterias de nanotecnología, nuevos polímeros plásticos, transmisión inalámbrica de energía, obtención de energía solar a bordo, etc.

Así pues nos guste o no, solo parece haber algún futuro para la automoción en el lado eléctrico del asunto. Todo esto sin hablar para nada de "variedad de posibles fuentes energéticas", y sin hablar de contaminación: Hasta aquí solo hemos hablado de energía, tecnología y movimiento y hemos especulado un poco sobre el futuro de la automoción: El ecologista de momento ha estado calladito, pero ahora le toca decir su parte, como no.

Sostenible equivale a "químicamente reversible"

De momento los humanos, para usar energía almacenada, utilizamos reacciones químicas: Combustión o procesos electrolíticos. Desde un punto de vista químico, ambos tipos de reacciones son de "oxidación-reducción".

Quemar cualquier hidrocarburo equivale a "oxidar el carbono y reducir el oxigeno a agua", mientras que guardar energía en una batería (o recuperarla) equivale a "oxidar un electrodo y reducir el otro".

En el caso de la combustión, el oxigeno lo obtenemos del aire, y el resultado de oxidar el carbono es CO2 que emitimos al ambiente, junto con la reducción del oxigeno del aire con el hidrogeno del hidrocarburo para generar vapor de agua.

En el caso de una batería electrolítica todos los materiales implicados en la reacción se encuentran dentro de la propia bateria, y por tanto tanto si estamos cargandola como si estamos descargandola, todos los materiales son siempre los mismos. La bateria recicla los materiales en su interior: Los productos de la reacción que se producen al cargarla, son los reactivos que se usan al descargarla y biceversa.

Las reacciones electrolíticas, por tanto son reversibles, mientras que las reacciones de combustión no lo son. Ultimamente se habla mucho de reciclaje de CO2 (captura, almacenamiento, absorción vegetal, etc), pero todos los proyectos que hay en marcha sobre el particular, parecen mas una película de ciencia ficción, (o una cortina de humo para confundir promovida por la industria petrolífera, que es quien suele financiar estos estudios), que algo util y práctico, como demuestra el hecho de que la concentración de CO2 en el aire no para de crecer y crecer, provocando efecto invernadero, calentamiento global, cambio climático, asma, cancer de pulmon, guerras por petroleo, etc, etc, etc

Ojala la humanidad conociera alguna manera util de "capturar CO2", pero de momento creo que va a ser que no. O por lo menos no de una manera que no consuma un montón de recursos materiales y energéticos. Espero equivocarme, no obstante.

Por otra parte, la reversibilidad de las baterías electrolíticas no es infinita: Cada batería tiene su "ciclo de vida", que normalmente se suele medir en "número de ciclos de carga y descarga, hasta perder el 20% de su capacidad".

Pero resulta que, como "dentro de una batería todas las sustancias son siempre las mismas", las baterías electrolíticas son reciclables. Así con los materiales de una vieja bateria que ya no admite suficiente carga, se puede construir otra bateria totalmente nueva y apta para funcionar durante todo un nuevo "ciclo de vida".

Así pues, si queremos un mundo sostenible, tenemos que pensar en ciclos (o procesos reversibles) en lugar de en lineas rectas (o procesos irreversibles). Nuestro futuro depende de nuestra capacidad de comprender los ciclos de todo tipo que nos rodean: ciclos naturales, ciclos económicos, ciclos materiales, ciclos energéticos... Debemos entenderlos y ser capaces de "cerrarlos" aunque sea parcialmente.

En todos los ciclos hay una constante: El tiempo. Cuanto mas pensamos en lineas rectas, mas incertidumbre. Cuanto mas pensamos en ciclos, mas certeza. Hay un ciclo grande para el individuo humano pero pequeño para la humanidad en conjunto, que es "El Gran ciclo de la Revolución Industrial de la Máquina de Vapor".

Este ciclo, de unos 150 años, está a punto de llegar a su fin, y curiosamente desde sus origenes tenemos la solución. Este ciclo implica a otro muchísimo mas grande, tan grande que es mucho mas grande que la historia de la humanidad: "El ciclo del petróleo y el gas natural". Hay poca literatura sobre el tamaño real de este ciclo, pero las estimaciones son del orden de miles de millones de años que es lo que tarda La Tierra en "reciclar" la materia de los cuerpos vivos y convertirla en combustible fosil.

Cuando digo que tenemos la solución, quiero decir que "paralelamente al desarrollo de la era del petróleo, el ser humano ha desarrollado la era eléctrica", y resulta dificil decidir cual de las dos lineas paralelas ha sido mas determinante para la civilización humana.

Creo sin embargo, que si mirando al pasado resulta dificil decidir cual de las dos líneas ha sido mas importante, mirando al futuro no hay muchas dudas al respecto.

No podemos darle otra vuelta al ciclo de la revolución industrial basada en la combustión, porque los combustibles fosiles son finitos y se van a acabar pronto. Sin embargo si que podemos darle mil millones de vueltas al ciclo de la revolución eléctrica. E incluso (a tenor de las ideas que flotan en el ambiente del laboratorio) pueden venir un montón de novedades eléctricas absolutamente inimaginables para la gran mayoría de la población actual.

Tecnología actual y abundancia de Litio

Independientemente de que la movilidad eléctrica presenta una cantidad y variedad enorme de ventajas científicas, sociales, económicas, ecológicas y técnicas, y de que estamos realmente lejos de comprender bien todo su potencial futuro, la realidad tecnológica actual nos obliga a detenernos unos instantes en el Litio.

Las baterias electrolíticas comercialmente disponibles en la actualidad y que presentan los mejores números, son las baterías de "Fosfato de Hierro-Litio".

Su formula química es LiFePO4. Insisto en que esta tecnología es actual y por tanto puede uno ir al mercado a comprar sus baterias ahora mismo.

Los principales números de este tipo de baterías son:

Densidad energética: 150 wh/Kgr
Densidad de potencia: 6 Kw/Kgr
Kilometraje por peso: 1 Km/Kgr (aproximado)
Ciclo de vida: 3000 ciclos carga/descarga (manteniendo un 80% de capacidad)
Precio energético: 300 euros/Kwh (tendente a la baja).

Estos números indican que el coche eléctrico con prestaciones equiparables al de gasolina es ya factible hoy, pero algo caro para el consumidor a la hora de adquirirlo. Modelos actuales en el mercado como el Tesla Roadster ponen de manifiesto estas conclusiones.

Otros datos no relativos a las baterías, sino al coste de la electricidad, ponen de manifiesto igualmente que el coche eléctrico compite en coste e incluso supera al de combustión: El elevado coste de las baterías se amortiza con el uso medio en el tiempo (la electricidad por kilometro es 5 veces mas barata que la gasolina por kilometro), y se obtienen plazos de amortización (con un uso medio típico) menores que el propio ciclo de vida de las baterias.

Es decir: Considerandolo todo-todo-todo, es mas barato el coche eléctrico. Calculadora en mano y sin duda. Y NO CONTAMINA, COJONES.

En cuanto a tiempos de recarga rápida a alta potencia, estamos hablando de que la tecnología LiFePO4 permite cargar packs de 200 Km de autonomía, hasta un 80% de su capacidad, en alrededor de 20 minutos. Insisto: Todos estos números son actuales, están disponibles ya a tiro de cheque, y cada dia mejoran.

Las estimaciones de reservas de Litio planetarias son de unos 25 millones de toneladas. Estas estimaciones se refieren solo a los yacimientos descubiertos, entre los cuales destacan los de Bolivia, Chile y China, aunque hay Litio en abundancia practicamente en todos los paises.

Puesto que el peso atómico del Litio es 7, y el peso molecular del LiFePO4 es de 158, tenemos que por cada kilogramo de Litio obtenemos aproximadamente 22 kilogramos de baterias LiFePO4.

Así pues, el peso de todo el Litio mundial conocido da para 550 millones de toneladas de baterias LiFePO4. Con autonomias de 200 Km (que es un punto medio bueno, pues es lo que marcan las normas de tráfico que se pueden recorrer sin descansar), tenemos 200 Kgr de baterias LiFePO4 por coche, o lo que es lo mismo: 5 packs de baterias por tonelada de Litio, y 2750 millones de coches electricos, que es casi cuatro veces mas que los 800 millones que hay en circulación en la actualidad, y dan para casi uno por cada dos personas vivas.

Por tanto, las reservas mundiales conocidas de Litio permiten multiplicar por cuatro el parque automovilístico mundial, electrificarlo completamente usando unicamente tecnología actual y convertirlo en 100% limpio y sostenible (virtualmente eterno), dada la reciclabilidad de las baterías.

Por si esto fuera poco, como cada uno de estos coches tiene 30 Kwh de capacidad de almacenamiento de energía eléctrica, resulta que sumandolos todos, tenemos un almacen de 82 Petavatios-hora de capacidad, distribuido y movil. Podemos conectarlo y desconectarlo de la red cuando y donde queramos, y en la medida que queramos. Esta es la energia eléctrica que consume españa entera durante 8 años, y llevamos 5 años exportando electricidad sobrante a nuestros vecinos.

Si no sopla el viento ni brilla el sol en españa durante 8 años, la única explicación que se me ocurre es que ha caido un meteorito gigante y nos hemos ido todos al otro barrio. O que los capullos de las guerras del petróleo han seguido engañandonos durante mas tiempo del que merecemos.

Asi pues, existe un futuro sostenible para la automoción y la movilidad autónoma, y además este futuro nos permite aprovechar las energías renovables no siempre disponibles al 100% para moverlo absolutamente todo.

Solo tenemos que visualizarlo y trabajar en ello para "traerlo a la realidad". Y por el camino nos encontraremos con algunas nuevas sorpresas, casi todas ellas buenas.

Todo lo contrario que si nos aferramos a un modelo que ya sabemos que tiene fecha de caducidad, aunque aún no sepamos cual es, o si que lo sepamos pero prefiramos no saberlo, porque está demasiado cerca.

Así que en la mano izquierda tenemos un futuro brillante, sostenible, limpio y libresponsable, y en la mano derecha tenemos un presente negro, sucio y estúpido y (por lo que sabemos a ciencia cierta a dia de hoy) ninguna clase de futuro.

De ti depende que elijas que es lo que prefieres, que para eso la naturaleza te dio dos manos...

A.Bonet