La lectura para el fin de semana: cómo lanzar al mercado las baterías del laboratorio

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El verano pasado, el gobierno chino pidió a sus fabricantes de baterías que duplicasen la capacidad de los vehículos eléctricos (VE) para 2020 al aumentar la inversión en instalaciones de producción. China miraba con envidia el dominio que sus rivales surcoreanos y japoneses tienen en el espacio de producción de baterías, y anhela aumentar su porción en el pastel del almacenamiento. Y lo que China quiere, China tiende lo obtiene: Goldman Sachs estima que el mercado de baterías de iones de litio alcanzará un valor de 40 mil millones de dólares en 2025, con China a la cabeza.

La empresa estadounidense Tesla está demostrando ser un deslumbrante contrapeso a la influencia de Asia, pero incluso en la enorme gigafábrica situada en el desierto de Nevada, se está empleando la tecnología de la japonesa Panasonic para bombear las elegantes baterías de los vehículos eléctricos de Tesla.

Los paralelismos con la industria solar fotovoltaica son innegables, pero no inevitables. China aún no ha alcanzado una etapa en la que domine por completo la producción de baterías de almacenamiento, y en Europa hay indicios de que los gobiernos, las empresas e incluso algunas personas determinadas no van a dejar que China se salga con la suya esta vez.

“Las tres cuartas partes de los costos de las baterías son costos de materiales”, dijo Holger Gritzka, Director general de TerraE, un consorcio de empresas e institutos tecnológicos que tienen la intención de crear una fábrica de células para baterías de ión litio en Europa. “Con economías de escala, estos costos son casi los mismos para cualquiera. Solo una cuarta parte del precio proviene de los costos de producción. Por lo tanto, la estructura de costos para productos altamente automatizados es comparable tanto en Europa como en China, Japón y Corea del Sur “.

TerraE se formó en mayo de 2016 por seis empresas con sede en Alemania, incluidas Daimler, 3M, Wacker, Kuka, Varta y Litarion, y ha presentado planes para construir dos fábricas de células de iones de litio en Alemania con una capacidad combinada de 34 GWh para el año 2028. El consorcio ahora comprende 17 empresas e instituciones de investigación que tienen un interés directo en establecer nuevas instalaciones de producción de baterías en Alemania.

Se espera que la aceptación de vehículos eléctricos y aplicaciones de almacenamiento estacionario se acelere en Europa alrededor de 2020, según un informe de Delta-ee realizado a petición de la Asociación Europea para Almacenamiento de Energía (EASE), y al establecer fabricación local, Europa puede acelerar las mejoras en la tecnología de iones de litio, cree Gritzka. “Las ventajas de construir celdas en Europa son el ahorro de los costos de transporte a los mercados locales, impuestos a la importación, tecnología de producción avanzada, fuertes capacidades de I + D y menos competencia local”, dijo. “TerraE no presionará para que se reduzcan los precios, pero nos aseguraremos de ser competitivos a largo plazo al mejorar el rendimiento de la tecnología de iones de litio”.

 

Poniendo el D en I + D

Mientras Gritzka es cauto acerca de cómo apoyará TerraE la ampliación e industrialización del mercado de producción celular de Europa, Peter Littlewood, el Director Interino de la Institución Faraday del Reino Unido, desgranó en gran detalle cómo el nuevo programa de almacenamiento trabajará con el gobierno británico, la industria y las universidades para construir los cimientos de la investigación, desarrollo y comercialización de células de batería de vanguardia, en el Reino Unido y más allá.

“El Reino Unido y Europa tienen desafíos específicos asociados con el hecho de que tenemos un buen I + D en baterías y, por supuesto, sólidas industrias automotrices en toda la UE, pero en general no fabricamos baterías”, dijo Littlewood a pv magazine. “La Institución Faraday está analizando formas de aumentar la escala. Uno de los desafíos más claros es que, a pesar del hecho de que el Reino Unido produce casi una cuarta parte de los vehículos de baja emisión de Europa para la exportación y ensamblamos baterías, aquí aún no hay fabricación de células”.

Littlewood está de acuerdo con Gritzka en que la naturaleza altamente automatizada de la producción de baterías significa que los costos no son necesariamente lo que está reteniendo a Europa. La ventaja de la Institución Faraday será su acceso a I + D de clase mundial (la financiación gubernamental de más de 300 millones se destinará a un puñado de universidades de todo el país, incluido el Campus Harwell y la Universidad de Warwick) que permitirá al Reino Unido “fabricar mejores tecnologías de batería para vehículos eléctricos y hogares antes que nuestros competidores”, dijo Littlewood.

Explicó: “Por el momento vemos empresas que emplean tecnologías comerciales que no son la solución ideal [para vehículos eléctricos]. Esto se debe a que el principal desafío en la automatización eléctrica en este momento es llegar a escala. Aunque se trata de un negocio de 30 mil millones de dólares, las empresas de automóviles están produciendo en cantidades más bien pequeñas. Generalmente hay grandes problemas técnicos y de fabricación para fabricar cientos de kW de almacenamiento”.

Littlewood también hizo hincapié en que la incertidumbre acerca del futuro de la composición química de las baterías actuales pesa mucho en la toma de decisiones de las empresas automotrices. “Si una compañía de automóviles está pensando en fabricar vehículos eléctricos, tiene que preocuparse por los problemas que aún no tienen solución, como el final de la vida útil, el reciclaje, el valor que tendrá la batería al final de sus ciclos y los problemas de seguridad. Entonces, las empresas hacen predicciones basadas en motivos bastante inciertos sobre sus productos. Francamente, eso no importa mucho si estás pensando vender unos cientos de unidades, pero si quieres llegar al mercado masivo, necesitas entender estas cosas”.

 

Un sabor europeo

Tanto TerraE como la Institución Faraday esperan desarrollar nuevas tecnologías de baterías que sean específicamente adecuadas para su propósito , ya sea para vehículos eléctricos, almacenamiento en casa o almacenamiento a gran escala. Según Littlewood todo el I + D que se invierte en batería está estrictamente dirigido a mejorar su química. “Al hablar estrechamente con la industria sobre sus necesidades, sabemos en qué concentrarnos: problemas de reciclaje y hacer que las baterías duren más”, dijo Littlewood. “El desafío del gobierno es cómo trabajar eficazmente con la industria en eso. No es que la academia no esté interesada en la comercialización; es que también se debe persuadir a la industria para que participe estrechamente, para compartir información que sea importante para ellos. Es una conversación bidireccional, particularmente en Europa “.

La Institución Faraday utilizará las herramientas de investigación existentes, como la computación de alto rendimiento y la simulación de modelado in situ en las universidades británicas más importantes, y gastará su financiación principalmente en personas. “Nuestro enfoque debe estar en la capacitación”, enfatizó Littlewood. “Cuando hablamos con las empresas nos damos cuenta de que todas tienen problemas para contratar ingenieros de baterías: ¡son más difíciles de conseguir que los ingenieros de software! Por lo tanto, la Institución Faraday se centrará directamente en la capacitación en el área de investigación y desarrollo, pero también trabajará con la industria para comprender sus necesidades de aprendizaje, reciclaje, etc. ”

El respaldo estable del gobierno será imperativo para que la Institución Faraday logre sus objetivos. Las baterías de iones de litio fueron desarrolladas para aplicaciones móviles en la década de 1970 en Oxford, por lo que las químicas actuales no son el punto final tecnológico para las baterías óptimas destinadas a vehículos eléctricos o almacenamiento doméstico, dijo Littlewood. “Estamos hablando de nuevas tecnologías desarrolladas en el momento adecuado para satisfacer las necesidades del mercado; se trata de comprender la inversión de capital necesaria para que las cosas funcionen”.

Littlewood concluyó: “Nos acercamos a un punto de inflexión. Si tuviera que crear desde cero una compañía de automóviles ahora, no construiría motores de combustión interna. El motor eléctrico es mucho más eficiente, es inherentemente mucho más simple, es más limpio. Esto cambiará el panorama con bastante rapidez, pero ese cambio, ¿será lo suficientemente rápido para Europa? La forma en que el gobierno puede respaldar esto no es solo apoyar la investigación, sino poner en práctica políticas que tengan sentido para la industria”.