Baterías en estado sólido y el futuro de la movilidad: una conversación con Riad Meddeb

Baterías en estado sólido y el futuro de la movilidad: una conversación con Riad Meddeb

El 14 de febrero se celebra el Día Mundial de la Energía, una iniciativa global para concienciar sobre la importancia de este bien en nuestra vida cotidiana y la necesidad de alcanzar una producción y un uso responsable y eficiente de los recursos energéticos. La transición hacia una movilidad sostenible pasa por la innovación en almacenamiento energético. En este contexto, las baterías en estado sólido se perfilan como una de las tecnologías clave para el futuro del transporte eléctrico. Con mayor seguridad, densidad energética y potencial para reducir la dependencia de materiales críticos, esta tecnología podría transformar no solo la automoción, sino también la gestión de la energía a nivel global.

Fuente: Deep Tech Series Vol. 2: Will Solid-State Batteries Power Our Sustainable Tomorrow? | United Nations Development Programme[VVG1] 

En el marco de este día, desde Arval iniciamos una trilogía de entrevistas con expertos de referencia para analizar el impacto de esta tecnología en la movilidad y la sostenibilidad. En esta primera entrega, hablamos con Riad Meddeb, Director del Programa de Energía Sostenible en el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (UNDP), quien nos ofrece una visión global sobre el papel de las baterías en estado sólido en la transición energética y su impacto en regiones en desarrollo.

¿Cuál es el papel de las Naciones Unidas en este nuevo escenario de baterías de estado sólido?

El UNDP está promoviendo prácticas de energía sostenible para ayudar a los países en la transición hacia fuentes de energía más limpias. El UNDP sigue siendo científicamente agnóstico en el uso de la tecnología, al tiempo que aboga por soluciones energéticas accesibles, limpias, asequibles, fiables y sostenibles para acelerar una transición justa El avance de la tecnología de baterías de estado sólido refleja un compromiso mundial con soluciones energéticas más seguras, eficientes y sostenibles, que es fundamental para alcanzar el ODS 7 (Energía asequible y no contaminante). Las baterías de estado sólido, si se adoptan ampliamente, prometen contribuir a un uso de energía más limpio al reducir la dependencia de los combustibles fósiles en los vehículos y las redes, así como satisfacer la creciente demanda de vehículos eléctricos y mejorar las capacidades de almacenamiento en la red. La transición a las baterías de estado sólido, que están evolucionando para ser libres de cobalto y níquel, podría ofrecer un futuro más sostenible y socialmente responsable para la tecnología de baterías.

El UNDP está trabajando para abordar las preocupaciones ambientales y sociales relacionadas con la producción actual de baterías, como la escasez de agua y las peligrosas condiciones de trabajo en la minería en las regiones en desarrollo. Los minerales críticos de la transición energética , como el cobre, el litio, el níquel, el cobalto y las tierras raras, son componentes esenciales en muchas de las tecnologías de energía limpia de rápido crecimiento en la actualidad. Se prevé que la demanda de minerales críticos crezca tres veces y media para 2030 a medida que el mundo haga la transición de los combustibles fósiles a las energías renovables para reducir las emisiones globales de dióxido de carbono a cero neto para 2050. Sin una gestión adecuada, la creciente demanda de minerales críticos corre el riesgo de perpetuar la dependencia de los productos básicos, exacerbando las tensiones geopolíticas y los desafíos ambientales y sociales, incluidos los impactos en los medios de vida, el medio ambiente, la salud, la seguridad humana y los derechos humanos, y puede socavar los esfuerzos hacia la transición energética.En este contexto, el papel del UNDP es abogar por una transición justa hacia el desarrollo sostenible con un enfoque centrado en las personas para el futuro del trabajo que transforme las economías y las sociedades, maximice las oportunidades de trabajo decente para todos, reduzca las desigualdades, promueva la justicia social, las igualdades de género y apoye a las industrias, los trabajadores y las comunidades.

Esto incluye el intercambio de conocimientos y el apoyo a las políticas, el establecimiento de asociaciones Norte-Sur para facilitar la transferencia de tecnología y garantizar que los países en desarrollo tengan acceso a estos avances, garantizando y alentando las inversiones en investigación y desarrollo. Además, el UNDP se centra en poner a prueba esta tecnología para probar su escalabilidad.

Panorama general del ODS7 y la energía sostenible: ¿Qué aspectos del informe del ODS7 2023 considera más críticos para comprender el estado actual del acceso universal a la energía sostenible y moderna?

Hoy en día, nuestro mundo permanece en las sombras de una cruda realidad: casi 675 millones de personas carecen de acceso a la electricidad, mientras que la asombrosa cifra de 2.300 millones no tiene soluciones limpias para cocinar a partir de 2021. Estas cifras, en el contexto de nuestro compromiso de erradicar la pobreza energética para 2030, presentan una paradoja alarmante: la energía asequible, fiable y moderna es un requisito previo para alcanzar otros ODS, incluidos los relacionados con el alivio de la pobreza, la salud, la educación, la igualdad de género, el crecimiento económico, el desarrollo de infraestructuras y la acción climática. El acceso a la energía es esencial para el desarrollo socioeconómico general y la sostenibilidad ambiental.

A pesar de los avances en la tecnología y la infraestructura energética, el acceso equitativo sigue siendo un desafío importante. Existen marcadas disparidades regionales en el acceso a la energía y el despliegue de las energías renovables. Si bien algunas regiones están logrando avances sustanciales, otras se están estancando o incluso retrocediendo, lo que subraya la necesidad de intervenciones específicas para abordar estas desigualdades. Sorprendentemente, el mundo agregó un 50% más de capacidad renovable en 2023 que en 2022.^[1] De hecho, los sistemas de energía solar ofrecen ahora la electricidad más barata de la historia.^[2] La economía ahora tiene todo el sentido, pero la falta de financiamiento, particularmente para las economías en desarrollo, sigue impidiendo el progreso.^[3]La mayoría de las inversiones en energías renovables se concentran en los países desarrollados, lo que supone un reto para las naciones en desarrollo. Datos recientes muestran que, a pesar de que África representa casi el 20% de la población mundial y tiene amplios recursos y oportunidades, solo el 2% de todo el gasto mundial en energía limpia se encuentra en esta región.^[4]

Factores como la incertidumbre económica, la ausencia de un entorno regulatorio propicio y la falta de financiamiento obstaculizan el crecimiento de la infraestructura energética sostenible en estas regiones. Cerrar esta brecha de inversión es crucial para lograr la equidad energética mundial.

Desafíos en el sector del transporte: Según el informe, el sector del transporte sigue dependiendo en gran medida del petróleo. ¿Cuáles son los principales obstáculos para acelerar la transición hacia alternativas más sostenibles en este sector?

Los países en desarrollo se enfrentan a distintos desafíos y dilemas políticos a la hora de adoptar vehículos eléctricos (VE) y, al mismo tiempo, garantizar un acceso equitativo. Estos desafíos incluyen los altos precios de los vehículos eléctricos, el acceso limitado a la electricidad en los países menos adelantados (PMA), la infraestructura de carga inadecuada y los posibles impactos en los sistemas energéticos. Sin embargo, las soluciones e innovaciones emergentes están abordando estos problemas.

Por ejemplo, la rápida caída de los precios de las baterías está haciendo que los vehículos eléctricos tengan precios más competitivos. Además, el despliegue de soluciones descentralizadas de energía renovable, como las microrredes y los sistemas fuera de la red, está mejorando el acceso a la energía en los PMA. Se están desarrollando estaciones de carga innovadoras, como la estación de carga solar construida por la comunidad en las Maldivas, para alimentar los vehículos eléctricos utilizando energía renovable. Las preocupaciones sobre el aumento de la penetración de los vehículos eléctricos que causan un aumento en la demanda máxima de energía pueden mitigarse mediante la implementación de sistemas de carga inteligentes que optimicen los parámetros del sistema, lo que resulta en una reducción de la pérdida de energía y la demanda máxima. De hecho, estos sistemas pueden provocar una disminución del 96% en la demanda máxima de energía de la red en comparación con la carga convencional no coordinada. Además, las estaciones de intercambio de baterías están facilitando la sustitución rápida de las baterías descargadas por unidades completamente cargadas, lo que alivia la carga de la red eléctrica. La integración de tecnologías digitales también presenta oportunidades para reducir los costos de carga y los gastos generales de energía para los conductores de vehículos eléctricos, ya que proporciona información sobre los viajes, los patrones de conducción, las condiciones de la batería y las estaciones de carga. Esta reducción de costes mejora la viabilidad económica de los vehículos eléctricos, especialmente en regiones donde los costes iniciales son motivo de preocupación, promoviendo así su adopción generalizada.

Por último, la creciente demanda de vehículos eléctricos está impulsando un aumento de las baterías. Las baterías de iones de litio, la opción predominante para los vehículos eléctricos, han visto crecer su demanda de alrededor de 330 GWh en 2021 a 550 GWh en 2022,  lo que supone un importante aumento del 65%. La mayor demanda de vehículos eléctricos y baterías aumenta la necesidad de minerales críticos. En 2022, alrededor del 60% de la demanda de litio, el 30% del cobalto y el 10% del níquel se destinó a baterías para vehículos eléctricos. Se espera que la demanda total crezca tres veces y media hasta 2030, alcanzando más de 30 millones de toneladas. A pesar de que la extracción de minerales genera menos emisiones que la quema de combustibles fósiles, a menudo exacerba los problemas ambientales. Al menos 700 millones de hectáreas y más de 96 millones de hectáreas de tierras están degradadas solo en África y la India, y la minería es uno de los principales contribuyentes a estos desarrollos. Por lo tanto, es esencial contar con una legislación, una reglamentación y unas políticas medioambientales sólidas. Por ejemplo, la legislación y el marco normativo minero de Rwanda orientan las evaluaciones de impacto ambiental y la vigilancia ambiental para mitigar los efectos adversos de la minería en los ecosistemas y las comunidades locales.  

Potencial de los vehículos eléctricos: Con la creciente popularidad de los vehículos eléctricos (EV), ¿qué impacto anticipa que tendrán en la reducción global de las emisiones de CO2 y la demanda de baterías?

Los vehículos eléctricos (VE) ofrecen una oportunidad significativa para reducir las emisiones globales de CO2 al cambiar a fuentes de energía más limpias y emitir menos CO2 durante su vida útil en comparación con los automóviles de gasolina tradicionales. Si bien la producción de vehículos eléctricos puede generar inicialmente más dióxido de carbono que los vehículos tradicionales, los vehículos eléctricos superan rápidamente esta disparidad de emisiones y emiten sustancialmente menos CO2 a lo largo de su vida útil, particularmente a medida que la generación de electricidad se vuelve más limpia, especialmente con el creciente uso de fuentes de energía renovables como la eólica y la solar para cargar los vehículos eléctricos.

Según el  informe de la AEMA sobre los vehículos eléctricos, las emisiones de gases de efecto invernadero de los vehículos eléctricos fueron entre un 17 y un 30% inferiores a las de los coches de gasolina y diésel. También se espera que la producción de automóviles eléctricos sea más eficiente y que la producción de electricidad sea más limpia, cada año las emisiones del ciclo de vida de un vehículo eléctrico típico podrían reducirse en al menos un 73% para 2050.

A medida que aumenta la popularidad de los vehículos eléctricos, hay un aumento correspondiente en la demanda de baterías. Sin embargo, los avances en la tecnología de las baterías, junto con la caída de los precios, pueden impulsar aún más la demanda de minerales críticos. Por lo tanto, garantizar una cadena de valor sostenible para la producción de baterías, incluidos los procesos de minería y fabricación sostenibles, es crucial para maximizar los beneficios ambientales de los vehículos eléctricos.

Innovaciones en baterías de estado sólido: Usted menciona que las baterías de estado sólido podrían ser clave para el futuro de la energía sostenible. ¿Podría elaborar una breve frase sobre cómo estas baterías superan las limitaciones de las actuales baterías de iones de litio?

Las baterías de estado sólido ofrecen ventajas convincentes. Con una mayor densidad de energía, entregan hasta cinco veces más energía por el mismo peso que las baterías de iones de litio, lo que las hace muy adecuadas para aplicaciones a mayor escala como el almacenamiento en red y los aviones eléctricos. Sus capacidades de carga rápida presentan otro beneficio notable, ya que potencialmente permiten una carga completa en solo 10-15 minutos, una mejora significativa con respecto a las baterías de iones de litio. Ofrecen de 10 a 100 horas de almacenamiento, superando con creces las 4-6 horas de las baterías tradicionales, lo que es especialmente ventajoso para los países en desarrollo, donde las redes a menudo se enfrentan a desafíos como la mala seguridad del suministro y la infraestructura subdesarrollada. Además, su diseño permite una reducción sustancial del peso, en torno a un 30-40% respecto a las baterías tradicionales, mejorando la eficiencia de los dispositivos o vehículos que alimentan.

Al emplear materiales sólidos no inflamables, abordan eficazmente los problemas de seguridad asociados con las baterías de iones de litio, incluidos los riesgos de inflamabilidad y sobrecalentamiento. Además, su potencial para estar libres de cobalto y níquel hace que su proceso de fabricación sea más sostenible desde el punto de vista medioambiental, reduciendo la dependencia de materiales escasos. Por último, tienen una menor huella de carbono, utilizando menos materiales y reduciendo el impacto climático en un 39%.

Impacto en el transporte público y los países en desarrollo: ¿Cómo podrían las baterías de estado sólido influir en la adopción de vehículos eléctricos en el transporte público y en los países en desarrollo?

Los beneficios mencionados anteriormente de las baterías de estado sólido las hacen adecuadas para su implementación en países en desarrollo, particularmente para mejorar los sistemas de transporte público. Por ejemplo, las baterías de estado sólido ofrecen una autonomía potencialmente más larga y tiempos de carga más rápidos. Esto podría cambiar las reglas del juego para los vehículos de transporte público como los autobuses.  Podrían operar rutas más largas sin necesidad de recargar con tanta frecuencia, interrumpiendo menos los horarios de servicio. Además, una carga más rápida permitiría recargas más rápidas durante las escalas, manteniendo los autobuses funcionando de manera eficiente. Se espera que las baterías de estado sólido sean más duraderas y requieran menos mantenimiento que las baterías de iones de litio. Esto se traduce en menores costos operativos para las autoridades de transporte público, lo que hace que los autobuses eléctricos sean una opción más atractiva desde el punto de vista financiero.

Gracias a las características de ligereza y alta densidad de energía de las baterías de estado sólido, estos dispositivos son compactos y ofrecen soluciones de energía versátiles para una amplia gama de necesidades. Son recargables a través de paneles solares portátiles, lo que los hace excepcionalmente útiles en escenarios remotos y fuera de la red , desde el trabajo remoto y las emergencias hasta la electrificación rural. Esto es particularmente impactante en contextos de desarrollo que carecen de acceso a la red o en áreas propensas a desastres. En lugares como la Uganda rural, donde la energía confiable es escasa, esta tecnología podría ser transformadora para los centros de salud que luchan con servicios esenciales como la refrigeración de vacunas y el almacenamiento de medicamentos. El despliegue de generadores solares portátiles en estas clínicas ejemplifica cómo las centrales eléctricas de estado sólido podrían satisfacer las necesidades energéticas críticas en regiones remotas y desatendidas, contribuyendo significativamente a la atención sanitaria y a la preparación para emergencias.

Sin embargo, todavía hay desafíos a considerar. La tecnología de baterías de estado sólido aún está en desarrollo, y puede pasar algún tiempo antes de que esté ampliamente disponible y sea rentable para la producción en masa. Las materias primas necesarias para las baterías de estado sólido pueden ser escasas o caras, lo que podría afectar la asequibilidad.

Sostenibilidad en la producción de baterías: ¿Cómo está abordando la industria de las baterías los desafíos ambientales y sociales asociados con la extracción de materias primas como el litio y el cobalto?

La industria de las baterías se enfrenta a una presión cada vez mayor para abordar los impactos ambientales y sociales de la minería de litio y cobalto, materiales cruciales para la producción de baterías. Por ejemplo, el "Triángulo del Litio", que comprende Chile, Argentina y Bolivia, posee casi el 60% de las reservas mundiales de litio, que son baterías de producción crítica.

Para aprovechar plenamente el potencial de estos y otros minerales críticos, las inversiones deben abarcar toda la cadena de valor, que abarque la minería, el procesamiento y la producción de baterías y vehículos.  Un sistema de circuito cerrado es clave.  El reciclaje permite la recuperación de materiales valiosos como el litio, el cobalto y el níquel de las baterías usadas. Esto reduce la dependencia de la extracción de material virgen y su impacto ambiental.  La inversión en mejores tecnologías de reciclaje es crucial. Del mismo modo, es imprescindible minimizar el daño ambiental durante la minería. En concreto, las salvaguardias sociales y medioambientales y los principios de circularidad deben guiar las políticas sólidas. Esto se puede lograr mediante regulaciones para evitar la eliminación incorrecta de los desechos peligrosos de las baterías y los componentes de los vehículos, y mediante la protección de los derechos territoriales de los pueblos indígenas y las comunidades locales ubicadas cerca de las áreas de extracción de minerales. El litio, el cobalto y el níquel son algunos de estos valiosos minerales clave para el sector de los vehículos eléctricos. Además, aprovechar la inversión necesaria para este cambio transformador en el sector del transporte solo será posible a través de alianzas entre los gobiernos, el sector privado y las organizaciones de la sociedad civil. Por lo tanto, el UNDP prioriza el establecimiento de asociaciones como parte de su trabajo en materia de vehículos eléctricos. Esto implica utilizar prácticas ecológicas y priorizar la seguridad de los trabajadores y las condiciones laborales justas. Por otro lado, también se está avanzando en la exploración de nuevas tecnologías de baterías. Se está investigando sobre alternativas a las baterías de iones de litio que se basan en materiales menos escasos.

Estrategias y colaboraciones globales: En su artículo, menciona varios esfuerzos globales en investigación e industrialización de baterías de estado sólido. ¿Cuál cree que debería ser el enfoque principal de estas colaboraciones para maximizar su impacto positivo en la sostenibilidad energética?

En el impulso global para el avance de las baterías de estado sólido, el enfoque clave debe estar en maximizar su impacto positivo en la sostenibilidad energética. Las asociaciones internacionales pueden crear una cadena de suministro sólida y sostenible para las materias primas, las instalaciones de producción y la infraestructura de reciclaje. Esto garantizaría un abastecimiento responsable y minimizaría el impacto ambiental. Además, los países desarrollados pueden colaborar con las economías emergentes para compartir conocimientos, tecnología y experiencia en la investigación y fabricación de baterías de estado sólido. Igualmente importante, es crucial desarrollar procesos de reciclaje eficientes y respetuosos con el medio ambiente para las baterías de estado sólido. La colaboración puede ayudar a establecer las mejores prácticas para una gestión responsable del final de la vida útil.

Mirando hacia el futuro de las energías renovables: Con base en las tendencias actuales y los avances tecnológicos, ¿cómo imagina el futuro de la infraestructura de energía renovable y su integración con innovaciones como las baterías de estado sólido?

El futuro de las energías renovables es uno de mayor integración, inteligencia y resiliencia. Las tendencias actuales y las innovaciones tecnológicas sugieren que las energías renovables, en particular la solar y la eólica, seguirán creciendo rápidamente en los próximos años. Las nuevas innovaciones, incluidas las baterías de estado sólido, pueden ayudar a abordar esta preocupación, garantizando una integración eficiente y aumentada de las energías renovables. Además, no se debe subestimar el poder de las tecnologías digitales en la transición energética.  Con las inversiones adecuadas y la innovación continua, un futuro impulsado por energía limpia y renovable está al alcance de la mano. Sin embargo, es imperativo garantizar que los beneficios derivados de estos avances se distribuyan de manera equitativa y sostenible.