Cómo reducir el impacto ambiental en la fabricación de baterías para coches eléctricos

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han llevado a cabo un estudio que desvela la importancia geoestratégica de los metales clave utilizados para la fabricación de vehículos eléctricos. Los resultados obtenidos son útiles para evaluar qué propuestas ambientales son más efectivas para reducir el impacto ambiental de este tipo de vehículos.

La batería es un componente clave en un coche eléctrico, ya que determina la autonomía, la entrega de energía al motor y afecta mucho al peso y al diseño del vehículo. Forman parte de un sofisticado sistema que además de las propias celdas, incluye su contenedor, refrigeración, cableado y gestión electrónica.

Una batería está formada por grupos de celdas conectadas en serie, como si fuera un enjambre de minibaterías, que trabajan en conjunto para almacenar la energía necesaria para mover el vehículo. Esta combinación de celdas crean una capacidad de voltaje y corriente específica.

Con la tecnología de iones de litio, la estructura de celdas siempre es similar, independientemente de si se trata de un teléfono móvil o de una batería de un coche eléctrico. Siempre hay dos láminas de metal, como el cobre y el aluminio. Entre las láminas de metal están los dos polos con el cátodo y el ánodo, entre los cuales tiene lugar la reacción eléctrica. Para la reacción se requiere un metal reactivo como el litio. El mayor factor de coste es la composición del cátodo, es decir, el polo negativo de la batería. Se compone de una mezcla de níquel, manganeso y cobalto. El ánodo está hecho de polvo de grafito, litio, electrolitos y un separador.

En su estudio realizado por un equipo de investigadores de la ETSI de Minas y Energía de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha analizado las materias primas críticas, los riesgos de suministro y las emisiones de gases de efecto invernadero para entender la importancia geoestratégica en la fabricación de vehículos eléctricos. Una de las aportaciones del estudio señala cuánto podría reducir Europa las emisiones de gases de efecto invernadero si fabricara baterías para vehículos eléctricos en lugar de importarlas.

En la última década, las tecnologías verdes han experimentado un rápido crecimiento. En el sector del transporte, la participación de las ventas globales de vehículos eléctricos pasó de ser prácticamente inexistente en 2010 a más de dos millones en 2020, con proyecciones que indican que en 2030 las ventas podrían alcanzar cerca del 30 % de la cuota de mercado de las ventas mundiales de coches eléctricos. Este cambio radical se impulsa principalmente por objetivos medioambientales para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Los vehículos eléctricos no emiten gases de efecto invernadero durante el uso, pero las tecnologías verdes pueden tener impactos en la fabricación, reduciendo la dependencia del petróleo, pero posiblemente aumentando la dependencia de otros materiales, denominados materias primas críticas.

Los objetivos de un trabajo realizado por miembros del grupo de investigación Estudios Ambientales de la UPM −en el que se enmarca la tesis doctoral de María del Pilar Martínez Hernando− han consistido en analizar las materias primas críticas necesarias de los imanes permanentes y de las baterías de vehículos eléctricos (neodimio, litio, cobalto); evaluar su riesgo de suministro mediante un análisis del flujo de materiales; y examinar sus impactos ambientales mediante la metodología Environmentally-Extended Multi-Regional Input-Output Analysis. «A diferencia de las metodologías convencionales que solo calculan impactos globales, esta metodología permite cuantificar los impactos y determinar el país en el que se generan», señala María del Pilar Martínez Hernando.

La mayor parte de las materias primas críticas utilizadas en estos vehículos tienen su cadena de producción en China. En el caso del neodimio, China tiene el monopolio de la minería y procesado, siendo el país con las mayores reservas de tierras raras (que incluyen neodimio) y controla el uso del proceso Bayan Obo, un proceso de electrólisis necesario para la metalurgia del neodimio. Por otro lado, en el caso del litio y el cobalto China no posee grandes reservas (6,7% de litio y 1% cobalto), pero controla la etapa de la metalurgia y producción de imanes permanentes (neodimio) y baterías (litio). China fabrica el 60,8 % de los imanes permanentes y el 79 % de las baterías de vehículos eléctricos a nivel mundial.

La producción localizada de los materiales provoca que consumidores como Europa exporten las emisiones producidas de los materiales que consumen ya que, aunque Europa posee el 35 % del total de vehículos eléctricos en el mundo, solo el 1,2 % de las emisiones de gases de efecto invernadero generados en la cadena de suministro se asignan a Europa. «Este hecho refleja cómo nuestro continente está trasladando el impacto ambiental producido en el transporte ligero desde el consumidor (Europa) hasta el fabricante (principalmente China)», indican los investigadores.

A pesar del beneficio global de los vehículos eléctricos en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, Europa debe ser consciente de las emisiones generadas por los productos que consume. «Una medida que podría realizar la Unión Europea sería fabricar las baterías en Europa, en países como Hungría, que cuentan con la tecnología necesaria ya que actualmente es el tercer productor mundial de baterías. Además, al utilizarse en Europa tecnologías más respetuosas con el medio ambiente, hemos observado que se podría reducir un 30,9% las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a la producción de baterías», concluyen los investigadores de la UPM que han realizado el estudio.