Baterías de ion-litio y ion-sodio como alternativas de almacenamiento energético para vehículos eléctricos: evaluación mediante análisis de ciclo de vida

Abstract

Desde la creación de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático en 1992, muchos países han adoptado estrategias de desarrollo “carbono neutral”. Esto ha impulsado la industria de vehículos eléctricos (VEs), con tasas de crecimiento anual superiores al 60% desde 2015. En Chile, se proyecta que el 40% de la flota vehicular será eléctrica para 2035. La industria enfrenta desafíos en el desarrollo de baterías eficientes y sostenibles. Actualmente, predominan las baterías de iones de litio, pero las de iones de sodio (NIBs) emergen como una alternativa prometedora.

En ese contexto, el presente estudio tiene por objetivo evaluar y comparar ambientalmente diferentes tipos de baterías con grandes proyecciones de uso a futuro en el contexto de la electromovilidad. Se realiza un Análisis de Ciclo de Vida de dos tipos de baterías, las baterías de ion-sodio (NIBs) y las baterías de óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso (NCM o, como también se les refiere en el presente estudio, LIBs), para uso en automóviles eléctricos, evaluando y comparando ambas baterías mediante el método de impacto multidimensional ReCiPe. La unidad funcional utilizada para evaluar ambos sistemas corresponde a la producción de una batería que acumule y entregue en total 1.600 kWh de energía en toda su vida útil.

Los resultados indican que la producción de las celdas de batería es la etapa de mayor impacto ambiental en ambas baterías (48,6% y 36,2% de los puntos ReCiPe totales en LIBs y NIBs, respectivamente), seguido por la etapa de ensamblaje de las baterías (24,2% en LIBs y 34,6% en NIBs), consecutivamente la fase de uso de las baterías (19,5% en LIBs y 19,8% en NIBs), luego la etapa de producción del empaquetado (6,8% en LIBs y 8,2% en NIBs) y, por último, la etapa de disposición final (0,9% en LIBs y 1,2% en NIBs). A nivel de impacto global, la diferencia es pequeña: las LIBs generan en total un 3,7% menos puntos ReCiPe que las NIBs, pero hay grandes diferencias en las categorías de impacto ambiental que se contrarrestan unas con otras. Lo anterior se debe a diferencias en los materiales utilizados en el ánodo: el solvente NMP y el cobre en las LIBs tienen mayor impacto que el agua desionizada y el aluminio utilizado en las NIBs. Sin embargo, las LIBs son un 48% menos pesadas que las NIBs, lo que compensa la diferencia de materiales en algunas categorías de impacto ambiental, resultando esto en un menor impacto global por parte de las LIBs.

Las baterías de ion-sodio aún están en desarrollo, por lo que su impacto final es incierto. Los análisis de sensibilidad indican que si las NIBs alcanzan 2.095 ciclos de vida útil con una eficiencia energética del 90%, tendrán menor impacto ambiental que las LIBs. Lo mismo ocurre si logran una eficiencia del 93,38% con una vida útil de al menos 2.000 ciclos.

Se concluye que actualmente las baterías de óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso generan menor impacto medioambiental que las de ion-sodio, pero esto podría cambiar dependiendo de las futuras propiedades de las baterías, pues estas son la fuerza motriz de la diferencia a favor de las LIBs. Se sugiere considerar diferentes materiales en futuras investigaciones, ya que el solvente NMP y el cobre en las baterías de ion-litio contribuyen significativamente al impacto ambiental.