Litio: El oro blanco Impulsando la revolución EV

Jan 16, 2024

El litio, también conocido como "oro blanco", nunca ha tenido tanta demanda en la actualidad: este metal blando y plateado hace que las baterías de los vehículos eléctricos (EV) almacenen más energía y duren más.

Cualquiera que sea el dispositivo que esté utilizando en este momento al leer este artículo, lo más probable es que esté alimentado por una batería de iones de litio. Y si conduce un automóvil eléctrico, esta batería también lo enciende.

La demanda de litio de grado de batería crecerá considerablemente en los próximos años a medida que los sectores de almacenamiento de energía y vehículos eléctricos continúen aumentando. Las baterías de iones de litio son un componente vital en la transición a una economía global baja en carbono.

Y dado que los vehículos eléctricos representan el 10 % de las ventas mundiales totales de automóviles, los fabricantes de baterías luchan por obtener más litio.

Entonces, ¿cómo llega realmente el litio de la tierra a su EV y cómo funciona realmente esta batería? Lo sabrás en este artículo.

Explicaremos cómo se extrae este metal y cómo funciona para alimentar dispositivos eléctricos y vehículos eléctricos. Además, también aprenderá datos y cifras importantes sobre el mercado del litio y qué tan alcista puede llegar a ser.

Pero primero vayamos a lo básico, comenzando con el elemento metálico en sí.

El litio (Li) es el más ligero de todos los metales, particularmente perteneciente al grupo de elementos llamados metales alcalinos. Es altamente reactivo o siempre quiere arrojar electrones. También tiene la densidad más baja y puede almacenar mucha energía en un espacio pequeño, lo que lo hace ideal para fabricar baterías.

Apodado "oro blanco" debido a su aspecto blanco plateado suave, el litio ha sido el metal clave utilizado en la fabricación de baterías recargables no solo para vehículos eléctricos sino también para muchos otros dispositivos como computadoras portátiles y teléfonos móviles.

Los fabricantes de vehículos eléctricos prefieren las baterías de iones de litio, ya que son livianas y se pueden recargar rápidamente.

Tal como se usa en baterías y vehículos eléctricos, el litio se presenta en dos tipos principales: carbonato de litio e hidróxido de litio.

El carbonato de litio tiene una amplia gama de usos industriales. Además de fabricar baterías para vehículos eléctricos, el carbonato de litio también es útil para producir tratamientos para pisos, densificadores de cemento, adhesivos y aleaciones. El compuesto incluso figura en la lista de la Organización Mundial de la Salud como un medicamento esencial para tratar el trastorno bipolar.

El carbonato de litio también se puede convertir en hidróxido de litio, que se prefiere en la fabricación de baterías EV de mayor rendimiento y mayor duración.

Algunos de los mayores productores de metal alcalino del mundo fabrican ambos tipos de litio, mientras que los más pequeños se enfocan en producir solo un tipo. Entonces, ¿cómo extraen este metal y lo preparan para alimentar su automóvil eléctrico?

En este momento, hay dos formas principales de extraer litio de la Tierra:

En los EE. UU., la sustancia se extrae de salmueras acuosas y saladas o los llamados 'salares'.

Hasta el momento, solo hay una mina de litio en el país, que se encuentra en Silver Peak en Nevada, que se muestra arriba. Pero pronto surgirán más plantas de refinería a medida que aumente la demanda del metal.

De hecho, Tesla inició la construcción en el sitio de su nueva refinería de litio en Texas, la primera de su tipo en América del Norte. Completarlo le costará al fabricante líder de vehículos eléctricos alrededor de mil millones de dólares.

La mayor parte de la producción comercial actual de litio proviene de proveedores que extraen litio de los salares. La mayor parte de esta minería ocurre en lo alto de los Andes, en el Triángulo de Litio, donde se encuentran Argentina, Chile y Bolivia.

El agua salada del subsuelo se bombea a la superficie y a una serie de estanques de evaporación. Durante un período de hasta dos años o antes, el agua se evapora y la salmuera cambia de composición. Esto también cambia el color de las piscinas a un azul más brillante.

Luego se agrega una suspensión de cal y carbonato de sodio a la salmuera para eliminar las impurezas y otros elementos no deseados. Cuando la concentración de litio es lo suficientemente alta, la salmuera se bombea a una instalación de recuperación para la filtración del metal.

Una vez que la salmuera se seca, deja un polvo blanco que necesita más purificación. Después de que el polvo pasó por su transformación química final, ahora se convierte en un metal sólido listo para usar en baterías.

En resumen, estos son los principales pasos involucrados durante la extracción de salmuera de Li:

Otra forma de producir oro blanco es a través de la extracción de minerales o rocas duras.

Se encuentra más litio en las rocas duras que en las salmueras saladas. Pero este proceso necesita equipo pesado para excavar el elemento y es muy ruidoso.

Kings Mountain en Carolina del Norte tiene algunos de los depósitos de litio de más alto grado en rocas. Alguna vez suministró la mayor parte del litio del mundo. Pero se detuvo cuando fue más barato obtener litio de salmueras en otras partes del país.

Entre los muchos minerales que contienen litio, el espodumeno se usa principalmente en la producción comercial.

Después de extraer el mineral, se tritura y se tuesta a altas temperaturas (2012 °F o 1100 °C). Luego se enfría, se muele y se vuelve a tostar con ácido sulfúrico a una temperatura más baja: 250°C. Esto se conoce como lixiviación ácida en la que el hidrógeno del ácido se reemplaza con iones de litio para producir litio.

Según Tesla, utilizarán un innovador procesamiento de litio sin ácido en su refinería de Texas. El proceso utilizará reactivos menos peligrosos y producirá subproductos utilizables como arena y piedra caliza.

Al igual que con el método basado en salmuera, la cal se usa para eliminar el magnesio no deseado de la espodumena. Luego, la ceniza de sosa también se usa para producir carbonato de litio a partir de la solución filtrada.

Australia representa la mayor parte de la producción mundial de litio a partir de mineral. Las operaciones de extracción de minerales más pequeñas se encuentran en Brasil, Portugal, África y China.

Las estimaciones de la industria también muestran que habrá minas adicionales en línea en América del Norte y Finlandia para 2025. Esto traería más suministro al creciente mercado de producción de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos.

Ahora, ¿cómo funciona exactamente una batería de litio EV en dispositivos y automóviles?

Una batería eléctrica es un sándwich compacto de hojas de metal, láminas y películas apiladas juntas. Al colocar litio dentro de este sándwich, produce electricidad.

Cada batería es una colección densamente empaquetada de celdas de iones de litio, generalmente en forma de cilindro o bolsa. Todas y cada una de las celdas contienen un electrodo positivo llamado cátodo y un electrodo negativo conocido como ánodo.

El cátodo a menudo contiene óxidos metálicos como el níquel, el manganeso y el cobalto como opción común. Es donde se encuentran los átomos de litio. Un ánodo comúnmente está hecho de grafito que permite insertar o intercalar litio entre él.

Entre el cátodo y el ánodo hay una solución líquida llamada electrolito. Es el que permite que los iones de litio se muevan entre los dos electrodos. En otras palabras, la celda básicamente funciona haciendo ping-pong de iones de litio y electrones de un lado a otro.

También hay un separador poroso en el medio del sándwich por seguridad. Evita que los electrodos positivo y negativo entren en contacto directo entre sí.

Durante el ciclo de carga, la corriente eléctrica introducida divide los electrones de los átomos de litio en el cátodo. Los iones de litio fluyen hacia el ánodo a través del electrolito y se reúnen con sus electrones. Mientras tanto, los electrones se mueven por el circuito exterior y van al ánodo.

Durante el ciclo de descarga, el proceso simplemente se invierte. Los átomos de litio en el ánodo se separan nuevamente de sus electrones cuando los iones pasan a través del electrolito. Mientras tanto, los electrones fluyen a través del circuito exterior, activando el motor del automóvil u otros dispositivos electrónicos.

El proceso se puede repetir innumerables veces, lo que explica por qué las baterías de iones de litio son excelentes para los vehículos eléctricos. Si bien la capacidad de carga de la batería se degrada con el tiempo, puede durar de 10 a 20 años.

Estas baterías EV pueden contener una gran cantidad de energía en espacios reducidos como el piso de un automóvil. El automóvil eléctrico puede conducir varios cientos de millas, alrededor de 100 a 300 millas, o 300 km a 500 km. Eso es suficiente para viajar en un solo ciclo de carga.

Pero persiste una pregunta más: ¿es la producción de litio para baterías lo suficientemente sostenible como para cumplir el sueño de la revolución EV? Ahora echemos un vistazo al mercado y lo brillante que parece su futuro.

Según las predicciones del mercado, los vehículos eléctricos compensarán más50%de las ventas de automóviles de pasajeros nuevos en los EE. UU. para 2030.

Sorprendentemente, el ganador del Premio Nobel M. Stanley Wittingham, quien sentó las bases para las baterías EV que se usan hoy en día, señaló una vez que el metal fundamental seguirá siendo importante a largo plazo. Específicamente dijo que "será litio durante los próximos 10 a 20 años".

De hecho, el mercado del litio está cambiando rápidamente. El precio de una batería de litio representa40% de los costes de producción de un vehículo eléctrico. No es de extrañar por qué los fabricantes de vehículos eléctricos como Tesla, Ford y BYD buscan opciones mejores y rentables.

Según S&P Global, las importaciones estadounidenses de baterías de iones de litio en el primer trimestre de 2023 se dispararon casi66%del año anterior, alcanzando un asombroso235,386toneladas métricas.

Lo que más hace que los inversores sean optimistas sobre el litio son estas cuatro cosas.

La Agencia Internacional de Energía (AIE), compuesta principalmente por naciones ricas, se compromete a ser cero neto para 2050. Cero neto significa equilibrar la cantidad de carbono emitido con la misma cantidad de carbono eliminado o reducido.

En su intento por reducir las emisiones de carbono, algunos países prohíben la venta de vehículos nuevos que funcionan con combustibles fósiles. Se denominan formalmente ICE: vehículos con motor de combustión interna.

Por ejemplo, Corea del Sur y Noruega comenzarán la prohibición más temprana en 2025. Otros países como el Reino Unido, Japón, India y los Países Bajos lo harán en 2030. Otros como Canadá y China aplicarán la prohibición de ICE una década más tarde en 2040.

Curiosamente, EE. UU. pretende que los vehículos eléctricos representen más de20%de sus ventas de vehículos nuevos para 2030.

En respuesta a los planes de prohibición de los gobiernos, los fabricantes de automóviles están comenzando a eliminar gradualmente las ventas de automóviles ICE para 2040. Estos incluyen fabricantes de automóviles gigantes como GM, Mercedes, Ford y BYD, entre otros.

Para lograr este objetivo, las compañías automotrices necesitan gastar una enorme cantidad$ 510 + mil millones en la fabricación de vehículos eléctricos y sus baterías. Para fines de esta década, aproximadamente ⅓ de esa cantidad se destinará a fabricar baterías para vehículos eléctricos y comprar sus componentes.

Lo que es aún más notable es que el fabricante de automóviles alemán, Volkswagen, se compromete a$ 110 mil millones a vehículos eléctricos y baterías (alrededor de la mitad del compromiso total de los fabricantes de automóviles europeos). Obviamente, eso se debe al objetivo del fabricante de automóviles europeo de vender millones de vehículos eléctricos durante la próxima década.

Para atraer aún más a los compradores de vehículos eléctricos, las naciones ricas están dando más incentivos. Por ejemplo, los propietarios de vehículos eléctricos pueden estar exentos de ciertos impuestos e incluso pueden obtener reembolsos de energía por volverse ecológicos.

Por lo tanto, incluso durante el pico de la pandemia de COVID-19, las ventas de vehículos eléctricos siguen aumentando, lo que también impulsa la demanda de litio. Los países con políticas de vehículos eléctricos vigentes son los que tienen altas ventas de vehículos eléctricos que batieron récords. Estas naciones son China, Reino Unido, Estados Unidos, Alemania, Noruega, Francia y Nueva Zelanda.

Este es particularmente el caso en los EE. UU. cuando la administración de Biden firmó la Ley de Reducción de la Inflación. El$ 1 billón Ley histórica apoyará sectores e iniciativas que promuevan una economía baja en carbono. Según la Ley, los fabricantes de automóviles eléctricos pueden ser elegibles para un crédito fiscal por fabricar vehículos eléctricos, construir nuevas instalaciones y fabricar baterías para vehículos eléctricos.

La ley también ofrece hasta$ 22 mil millones en subvenciones de préstamos para instalaciones EV nuevas y existentes. También cubre el transporte público y la flota del gobierno, proporcionando$ 3 + mil millones para comprar vehículos de cero emisiones (ZEV). Todos estos números significan que se necesitan más materias primas que, por supuesto, incluyen particularmente el litio.

Según BloombergNEF, la capacidad de producción mundial de celdas de litio aumentará hasta alcanzar más de 1760 GWh en 2025. Y China sigue dominando el mercado con una participación del 63 %, seguida de Europa (15 %) y EE. UU. (9 %).

Producción mundial de celdas de litio, 2020 frente a 2025

China también produce la mayoría de los ánodos y cátodos del mundo, que son vitales para fabricar baterías de iones de litio. Y hasta 2030, la AIE pronostica que la mayor parte de la capacidad de producción de baterías EV del mundo seguirá siendo de China.

Además, las empresas chinas representan más de la mitad del mercado de baterías para vehículos eléctricos. La Chinese Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL), en particular, es el fabricante de baterías de iones de litio más grande del mundo. Suministran baterías de iones de litio a los principales fabricantes de vehículos eléctricos como Tesla, BMW, Peugeot y Volkswagen, entre otros.

Según datos de Bloomberg, representados por Visual Capitalist, estos son los diez principales fabricantes de baterías para vehículos eléctricos en 2022.

Si bien el apoyo del gobierno se está disparando en los EE. UU., Europa y Corea del Sur, es probable que China siga siendo el líder en el mercado de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos.

Hasta la fecha, la compañía de litio más grande, Albemarle, prevé que la demanda de oro blanco supere la oferta, aumentando a casi 4 millones de toneladas métricas en 2030 desde aproximadamente 2 millones de toneladas métricas en 2025. El gigante minero reveló planes para invertir$ 1.3 mil millonesen una planta de procesamiento de litio en Carolina del Sur en marzo pasado.

El sitio Silver Peak de la compañía en Nevada es actualmente el único que opera una mina de litio en los EE. UU. Se abastece alrededor6.000 toneladasun año de carbonato de litio, lo que representa sólo1%del suministro mundial de carbonato de litio.

El Servicio Geológico de EE. UU. informó que EE. UU. ha750.000 toneladasde litio recuperable en 2021. Esto aumentará a medida que se descubran y establezcan nuevas reservas de litio.

Como se ve en el gráfico a continuación, la producción mundial de litio creció en21%en 2022 en comparación con 2021, superando el nivel más alto en 2018. El precio del metal blando se disparó1,078% a partir de 2020, antes de alcanzar un récord el año pasado.

Según el CEO de Tesla y SpaceX, Elon Musk, el precio promedio del litio por tonelada fue asombroso.$ 78,032 / tonelada en 2022 . Pero ahora que el precio ha retrocedido, parece que el mercado superará el temor a un exceso de oferta.

Sin embargo, dado que la mayor parte de la producción actual de litio se encuentra en lugares que experimentan un alto estrés hídrico, persisten las preocupaciones sobre el suministro. Pero si es cierto lo que dijo Musk de que no hay escasez de litio porque se encuentra en casi todas partes, el mayor desafío sería cómo extraerlo y refinarlo.

Si todo eso se soluciona, es posible que no sea un problema satisfacer la creciente demanda de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos.