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Los vehículos eléctricos están de moda, tanto en los medios de comunicación como en la comunidad científica y prometen desempeñar un papel importante en la conquiste de un futuro más sostenible sin combustibles fósiles. Aunque la transición a los vehículos eléctricos serán sin duda un componente crítico de la lucha contra el cambio climático, otras formas de transporte tendrán que actualizarse de forma similar, siendo la más notable la aviación. Sin embargo, ya se trate de electrificar los autos o las aeronaves, el reto es el mismo: diseñar y fabricar baterías capaces de proporcionar la energía necesaria, cumpliendo al mismo tiempo un sinfín de otros requisitos que abarcan desde la seguridad hasta la vida útil. Aunque es casi seguro que los autos eléctricos seguirán siendo el mayor mercado para las nuevas tecnologías de batería, es probable que la aviación sea otra área vital capaz de tener un impacto sustancial en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.
Electrificando autos vs aeronaves
Si bien la electrificación de los autos es primordial en la lucha contra el cambio climático, es probable que su realización siga siendo un enorme desafío. Podría decirse que el mayor reto se encuentra en el desarrollo de las tecnologías de baterías necesarias para cumplir los requisitos de seguridad y eficiencia de los vehículos de motor. Sin embargo, quedan otros retos clave que son consecuencia de las condiciones actuales del mercado y los modelos de negocio de la industria automovilística. La mayoría de las empresas prometedoras de baterías centran sus esfuerzos en dirigirse a la industria del automóvil, lo que crea un panorama especialmente competitivo y aún con pocos productos disponibles comercialmente. Adicional de esta competencia feroz, pero en gran medida infructuosa, también surgen problemas por consideraciones financieras. Las empresas automovilísticas suelen trabajar con márgenes extremadamente estrechos, teniendo que equilibrar la asequibilidad de sus autos con la rentabilidad de su negocio. Esto ocasiona que la implementación de la generación más nueva o avanzada de baterías en sus vehículos no sea una prioridad, haciendo más lenta una transición ya de por sí difícil.
La situación es muy diferente en el caso de los aviones. Aunque tanto la industria del automóvil como la de la aviación comparten un gran impacto negativo en el total de emisiones de gases de efecto invernadero, una diferencia definitoria es que la industria de la aviación tiene en el combustible uno de sus mayores gastos. Este elevado coste incentiva a las empresas aeronáuticas a dar prioridad al abandono de los combustibles fósiles, lo que las convierte en pioneras en la adopción de nuevas tecnologías que pueden ser beneficiosas a largo plazo. La aviación también disfruta de varios beneficios que apoyan su transición a la electrificación incluso por encima de otras formas de transporte no automovilístico. Por ejemplo, el ferrocarril de alta velocidad, que requiere muchas más infraestructuras y tecnologías de acompañamiento, mientras que el avión sólo requiere cambios en los propios aviones.
Aunque la electrificación a gran escala de las aeronaves todavía está a varios años de distancia, los aviones eléctricos no son totalmente nuevos. Muchos aviones se han reequipado con las tecnologías de baterías actuales, con una capacidad de hasta aproximadamente 270 Wh/kg de energía específica. Aunque es un paso crucial en la dirección correcta, los líderes del sector proyectan actualmente que son necesarias densidades de energía más cercanas a 400 Wh/kg para una verdadera revolución del sector. Incluso si las tecnologías actuales pudieran mejorarse para cumplir los requisitos energéticos, seguirían sufriendo problemas de coste, seguridad y vida útil. Es probable que los aviones eléctricos tengan que recurrir a tecnologías con capacidades superiores que incluso a las mejores células de iones de litio actuales. Hoy por hoy no se sabe con certeza qué tecnologías lograrán cumplir los requisitos necesarios, pero hay muchas empresas que trabajan diligentemente para hacer realidad estas innovaciones.
Tecnologías actuales de baterías
La tecnología de baterías más exitosa y prolífica de la actualidad utiliza celdas de iones de litio. En las baterías de iones de litio, los iones de litio migran desde el cátodo, cargado positivamente, hasta el ánodo, cargado negativamente, dónde se acumula la carga. El ánodo pude entonces descargarse y utilizarse para producir corriente eléctrica. El desarrollo de estas baterías supuso un gran avance en el almacenamiento de energía y ofrecen varias ventajas clave. Las baterías de iones de litio pueden almacenar entre tres y cuatro veces más energía por unidad de masa que otras tecnologías. Además, las baterías de iones de litio se recargan rápidamente y pueden utilizarse varias veces, con ciclos de vida de al menos 500 ciclos sin reducir su capacidad. Son estas propiedades las que han llevado a las baterías de iones de litio a convertirse en omnipresentes en la vida cotidiana en tan sólo unas décadas. Sin embargo, por impresionantes e impactantes que sean, las baterías de iones de litio siguen siendo inadecuadas para muchas aplicaciones.
Uno de sus inconvenientes es el riesgo de incendio, que además produce gases tóxicos por sobrecalentamiento del electrolito interno. Junto a los problemas de seguridad, las baterías de iones de litio también son relativamente caras y requieren procedimientos y operaciones de fabricación precisos. Aunque se trata de una tecnología casi perfecta para dispositivos electrónicos personales y muchos otros fines, se necesitan nuevas tecnologías de baterías para aplicaciones con requisitos más intensivos y complejos.
Futuras tecnologías de baterías
Actualmente existen numerosas empresas establecidas y emergentes dedicadas al desarrollo de nuevas tecnologías de baterías capaces de satisfacer las demandas de la aviación. Estas empresas suelen tener ideas diferentes sobre la mejor composición química para la próxima generación de baterías, y compiten ferozmente para demostrar que su tecnologías es superior. Entre la gama de conceptos, una de las direcciones más prominentes son las baterías litio-metal. En lugar de utilizar iones de litio y un ánodo de grafito, las baterías de metal emplean litio-metal sólido como material del ánodo. El uso de un ánodo de metal de litio en lugar de grafito permite que a estas baterías superar con creces el rendimiento de las tecnologías tradicionales. Este rendimiento superior puede ser de hasta un 70% más de energía por unidad de peso, con volúmenes comparables incluso a los de las mejores baterías de iones de litio actuales. Para los aviones, esto significa la capacidad de recorrer distancias más largas, y posibilidades totalmente nuevas en la aviación. Las baterías de litio-metal también son totalmente compatibles con la mayoría de los procesos de fabricación utilizados actualmente en la producción de baterías de iones de litio, lo que facilita la transición a la producción a gran escala. Además, muchas células de litio-metal utilizan un electrolito ignífugo que reduce drásticamente el riesgo de un incendio eléctrico catastrófico, mejorando también la seguridad de las aeronaves propulsadas por baterías.
Aunque las baterías de litio-metal son muy prometedoras, las mejoras anuales anteriores en densidad de potencia han empezado a estancarse en los últimos años. Los problemas que plantea el estancamiento de la potencia se ven agravados por los problemas para alcanzar la vida útil necesaria de las baterías. Las nuevas tecnologías ofrecen actualmente entre 300 y 400 ciclos, calculados a partir del momento en que la batería cae al 80% de su capacidad original, lo que resulta insuficiente para su uso en aviones de alta utilización. Los objetivos actuales son alcanzar una vida útil de 500 ciclos, y eventualmente llegar a una vida útil de 1000 o superior en los próximos años. Además de los requisitos de potencia y vida útil, el coste y la disponibilidad del litio son otro obstáculo importante para la electrificación con baterías de litio-metal. El litio es un recurso escaso y ya existe una feroz competencia en el mercado, además de una difícil y desigual distribución de los yacimientos en todo el mundo. Por esta razón, el reciclado del litio tendrá que ser un aspecto clave en la realización de las baterías de litio metal, para compensar una cadena de suministro competitiva y restrictiva.
Además de las baterías de litio metálico, existen otras muchas tecnologías potencialmente prometedoras que pueden ayudar a sustituir a las tradicionales baterías de iones de litio. Un ejemplo son las baterías de litio-azufre, que tienen una excelente densidad energética prevista de 400 Wh/kg. Sin embargo, aunque las baterías de litio-azufre ofrecen densidades energéticas mejoradas, actualmente son inferiores a las baterías de litio-metal en cuanto a su ciclo de vida. En la actualidad, las baterías de litio-azufre ofrecen ciclos de vida de entre 200 y 300, muy por debajo de lo que requieren la mayoría de los aviones. Las baterías de litio-azufre también tienen un mayor volumen, lo que supone un problema importante para la utilidad de la mayoría de los tipos de aeronaves.
¿Cuál es el futuro de las baterías en la industria aeronáutica?
Aunque es probable que las primeras versiones de aviones eléctricos con nuevas tecnologías de baterías sufran limitaciones de autonomía y costes elevados, es probable que su introducción en el mercado tenga un impacto significativo en la ralentización del cambio climático y en el cambio hacia la priorización de la sostenibilidad. Algunas de las empresas más prometedoras esperan tener aviones disponibles comercialmente en el mercado para 2026, y lograr un rendimiento general mejorado en comparación con los aviones tradicionales para 2030. El calendario exacto y el grado de éxito de los aviones eléctricos propulsados por baterías siguen siendo inciertos, pero cada vez están más cerca y son más prometedores. Aún está por ver si dominarán las baterías de litio-metal, las de litio-azufre o una tecnología totalmente distinta, pero con cantidades increíbles de financiación y una demanda creciente de soluciones ecológicas, es probable que los aviones eléctricos sean algún día algo habitual.
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