Litio-ioi bateriak: irtenbidea edo arazo berria?

Kolaborazioak

Litio-ioi bateriak boladan daude. 2019 urteko Kimika Nobel saria, hain zuzen, bateria hauen hastapenetan nabarmendu ziren hiru ikertzaileri eman zieten: Stanley Whittingham, John Goodenough eta Akira Yoshino.

Sari hau, ordea, ez zen garapen teknologiko aipagarri baten sortzaileei emandako aitortza soilik; gaur egun, industria garrantzitsu baten interesa dute atzetik bateria hauek: autogintzarena. Izan ere, erregai fosilen ekoizpen-arazoak eta agortzeak energia elektrikoa erabilita mugitzen diren autoen garapena bultzatu du; energia elektriko hori metatzeko, ezinbesteko protagonista bilakatu dira litio-ioi bateriak.

Ez da berria auto elektrikoen kontu hau, baina hautsak harrotzen ari da azken urteetan. Izan ere, auto hauen ekoizpena (erabat elektrikoak eta hibridoak kontuan izanda) %60 handitu da urtetik urtera. Hibridoak alde batera utziz gero, gasolina edo gasoliorik gabeko auto elektrikoen ekoizpena ez zen milioi erdira iristen 2014ean, eta 4,5 milioikoa izan zen 2019an. 9 bider handiagoa bost urtean, alegia. Horietatik erdia baino gehiago Txinak ekoitzi zituen; Europak eta AEBk egindakoen batura ez delarik Txinak ekoitzitakoen adinakoa. Horrek argi uzten du gaur egun non dagoen kokatuta industria honen gotorlekurik nabarmenena.

1. irudia: Auto elektriko kopuruaren bilakaera urteekin zenbait herrialdetan. BEV: bateriadun auto elektrikoak dira (battery electric vehicles) eta PHEV: auto elektriko hibrido entxufagarriak (plug-in hybrid electric vehicle). (Iturria: iea.org)

Gero eta auto elektriko gehiago ditugu inguruan, eta joerari eutsiz gero, are gehiago izango dira etorkizunean. Beraz, suposatzen da erregai fosilekiko dependentziari iskin egin eta eredu berdeago baten alde egin ahal izango dugula. Irudi ederra, ezta? Bai, zalantzarik gabe. Baina, egiazkoa al da?

Bateriak ez dira energia-iturria

Bateriak energia metatzeko eta askatzeko erabil daitezke, sekula ez energia sortzeko. Horrek esan nahi du, bateriak erabili ahal izateko, energia beste nonbaitetik eskuratu behar dugula. Alde batetik, bateriak iturri berriztagarriak erabilita karga daitezke, eta hori litzateke ikuspuntu ekologiko batetik erakargarriena. Bestetik, herrialdeen energia-eredua goitik behera aldatu behar da ideal hori egikaritzeko. ElectricityMap aplikazioaren bidez energiaren kontsumoari buruzko datuak ezagutu ditzakegu. Bertan daude eskuragarri zenbait herrialderen datuak eta baita hauetan ekoizten den energia-iturriei buruzko xehetasunak ere. Aplikazioa arakatuz gero, erraz ikus daiteke ingurumen-inpaktua gutxi murriztuko dela auto elektrikoen erabilerarekin, auto hauen bateriak kargatzeko egungo energia ekoizte-ereduari eusten badiogu behintzat.

2. irudia: electricityMap aplikazioaren hainbat pantaila-irudi.

Energia sortzeko ereduaz gain, bada auto elektrikoen erabilera zabalduz gero beharbada aldatu beharko dugun beste ohitura bat: kargatzea. Dirudienez, ohikoa da auto elektrikoen erabiltzaileen artean lanetik etxera itzuli eta autoa kargatzen jartzea. Ondorioz, erabiltzaile kopurua nabarmen handituz gero, arratsaldeko 17:00ak eta 19:00ak bitartean sortuko den energia-eskaera handia izango da. Eta, tamalez, zaila dirudi energia eolikoz eta eguzki-indarraz behar horiei erantzutea.

Materialen jatorria

Bateriak eredu jasangarriago baten alde egitearen ideiarekin lotzen ditugu. Hala ere, haiek eraikitzeko erabiltzen diren materialen jatorria zalantzagarria da jasangarritasunaren ikuspuntutik. Materiak horien artean, kobaltoa da gehien aipatzen direnetako bat. Metal hau oxido moduan erabiltzen da, beste zenbait metalen oxidoekin batera, litio-ioi baterien elektrodoetan. Baterien ikerketa-komunitatea ahalegin handia egiten ari da metal honen erabilera murriztu edota deuseztatzeko. Izan ere, metal honen %60 Kongoko Errepublikan erauzten da, ingurumenarekiko eta langileekiko meatzaritza-metodo zalantzagarriak erabiliz. Dena den, bada bateriaren industria (biziki) kezkatzen duen beste faktore bat: kobaltoaren prezioa. Metal honek egonkortasun handia ematen die bateriei, baina ezegonkortasun handia eragiten die bateria-ekoizleei. Ondoko irudian mining.com ataritik eskuratutako kobaltoaren azken 16 urteetako prezioaren eboluzioa ikus daiteke:

3. irudia: Kobaltoaren prezioaren eboluzioa ($/lb) azken 16 urteetan. (Iturria: mining.com)

Kobaltoaren prezioa 22,90 $/lb da gaur egun, baina bikoitza izan zen orain dela 3 urte eta ia hirukoitza 2008an. Arazo honi aurre egiteko, kobaltoa nikelarekin ordezkatzea da estrategia nagusia. Baterien iraupena handitu daiteke ordezkapen honekin, baina karga-deskarga ziklo gutxiago egin daitezke eta bateria lehenago hondatzen da. Gainera, material honen gaineko erauzketaren kontrol nagusia Indonesiak dauka, eta dagoeneko egin du mugimendu kezkagarriren bat, 2017an gauzatu zuen kanpo-salmentaren mugatzea kasu.

Baterioi izena ematen dien litioa hobeto dago banatua. Metal honek duen arazoa da erauzi ahal izateko egiten diren meatze-eragiketa batzuek inpaktu negatiboa izan dezaketela ingurumenean. Ezin dugu ahaztu Li-ioi bateriekin lortu nahi den helburuetako bat erregai fosilek ingurumenean duten eragin kaltegarria mugatzea dela. Beraz, zentzugabea da alternatibak ere ingurumen-inpaktu nabarmena eragitea.

Azkenik, grafitoa da Li-ioi baterien anodoen (elektrodoetako baten) osagai nagusia. Izan ere, litio-ioi bateriek grafito gehiago dute kobaltoa, litioa edota nikela baino. Orain arte, grafito naturala (zuzenean erauzitakoa) erabili izan da, ezaugarri elektrokimiko onak baitauzka. Hala ere, grafito naturala Lehengai Kritikoen zerrendan dago, eta hainbat material-ekoizle kalitate handiko grafito artifiziala sortzen hasi dira azken urteetan.

Baterien bigarren bizitza

Energia-eskakizun handia duten gailuetarako bateriak, auto elektrikoenak kasu, bateria txikiak bata bestearekin konektatuta eraikitzen dira. Bateriatxo hauek zelda izena dute. Gure telefonoaren tapa ireki eta, bertan, zelda bat aurkituko dugu: zelda hauek gaitasuna dute beste zeldarik gabe lan egiteko, baina energia-eskaera handia bada motz geratu daitezke. Ezinezkoa da telefono baten zelda (bateria) batekin auto bat abiaraztea, baina ehunka telefonoren zelden energia batuta lor daiteke.

Normalean, bateria bat erabat kargatuta (bateria %100ean) dagoenetik erabat deskargatuta dagoenera (bateria %0an) igarotzen den denborari iraupena edo kapazitatea deitzen zaio. Iraupen hori geroz eta murritzagoa da karga-deskarga zikloak metatu ahala, eta hasierako iraupena %80ra murrizten denean bateria horren bizitza amaitutzat hartzen da. Hala ere, horrek ez du esan nahi bateria handi bat osatzen duten zeldak beste zerbaiterako erabili ezin direnik. Baterien materialak erauzteak eragiten duen inpaktu ekologiko eta ekonomikoa malgutzeko estrategia garrantzitsu bat zelda horien berrerabilpena (bigarren bizitza) da. Iraupenaren %80ra iritsi diren zelda horiek energia-eskaera apalagoa duten gailuetan erabil daitezke: bizikleta elektrikoetan, esaterako. Eta kontrako estrategia ere jarrai daiteke: bateriak zeldetan banatu ordez bateria ezberdinak elkarrekin konekta daitezke makrobateria bat osatu eta, esate baterako, argindar sareak huts egiten duenean gailu elektrikoak elikatzeko.

Birziklapena

Bigarren, hirugarren… bizitza eman diezaiekegu gure bateriei, baina uneren batean ezin izango dira gehiago zukutu. Une horretan bateriak zabaldu eta bere osagaiak berreskuratzeko garaia izango da. Horrela, posible izango da ekonomia zirkularra bultzatu eta materialen erauzteak ingurumenean eragiten duen kaltea murriztea. Gaur egun garestiagoa da, kasu askotan, bateriak material berrien bidez eraikitzea material birziklatuz egitea baino. Hala ere, ikusi dugun bezala, metalen prezioa gorabeheratsua izan daiteke, eta meatzeak ustiatzen jarraituz gero gora egingo dute prezio hauek. Birziklapenaren inguruko ikerketa bultzatzeak ekonomikoki bideragarria bihurtu dezake etorkizun hurbilean prozesu honen alde egitea. Gainera, material hauetako batzuk estatu gutxi batzuen kontrolpean egotearen ondorioak ekiditen lagunduko du (gogoan izan nikelaren kasua).

Azkenik, gogoratu: birziklatu ezean, bateria hauek hondakindegietara eramango dira azkenean. Dirudienez, auto elektrikoen salmentak gora egingo du nabarmen eta, ondorioz, hondakin gehiago sortuko dira. Hondakindegi asko eta handiak beharko dira, beraz, eta zabortegiok ingurumen-arazoak sor ditzakete.

Honenbestez, litio-ioi baterien komertzializazio masiboak hainbat arazo eragin ditzake, baina estrategia egokiak jarraituz etorkizun berdeago baterako giltzarri izan daiteke. Zentzuz jokatzea da, gehienetan bezala, gakoa.


Testu honen edukia neurri batean argitaratu da Tolosaldeko Atariaren astekarian. Nire esker ona medio honi eta Olatz Artola Apezteguiari zuzenketa lanengatik.


Egileaz:

Imanol Landa Medrano (@ilanmed) Kimikan doktorea da eta Cidetec zentroko Energiarako Materialen Unitateko ikertzailea.

Utzi erantzuna

Zure e-posta helbidea ez da argitaratuko. Beharrezko eremuak * markatuta daude