En la búsqueda de alternativas a la quema de combustibles fósiles, las baterías de “ion-litio” atraen el interés mundial por su uso en múltiples industrias, desde la telefonía celular hasta la movilidad eléctrica, que hoy se vislumbra como clave para controlar el calentamiento global.
La Argentina tiene el privilegio de poseer en su territorio salares con elevadas concentraciones de litio que son la segunda fuente de este recurso en el mundo (junto con Chile y Bolivia, en el llamado “Triángulo del Litio”), pero por ahora carece del conocimiento indispensable para agregarle valor a esa riqueza minera. Pero eso está empezando a cambiar.
Hace algunos meses, Y-TEC, el brazo de investigación de YPF, en asociación con el Conicet, inauguró la primera planta de producción de celdas de litio en la que intentará poner a punto esta tecnología que domina apenas un puñado de países asiáticos. Y ahora, investigadores de la Comisión Nacional de Energía Atómica dieron otro paso clave: lograron producir en el laboratorio una pequeña cantidad de las sales de litio que son un ingrediente clave en el fluido (electrolito) que permite la circulación de los iones (átomos cargados) para la entrega y recarga de electricidad en estos dispositivos para almacenar energía.
Un tema estratégico
Es un conocimiento considerado sensible y estratégico. “Los países que producen el electrolito no publican ‘la receta’ en Internet, y si lo hicieran tampoco se podría aplicar directamente; hay muchas cosas que no están escritas –explica el ingeniero nuclear Daniel Brasnarof, gerente del Complejo Tecnológico Pilcaniyeu, de la CNEA, a 62 km de Bariloche–. Hace unos meses empezamos a trabajar, enviamos gente a Alemania para formarse e investigar, preparamos capacidades de laboratorio para hacer los primeros ensayos, porque nadie te dice qué es lo que funciona y cómo, así que uno tiene que ir probando. Y durante la segunda parte de junio, en el Centro Atómico Bariloche, se pudo sintetizar este compuesto, primero en una baja escala, después con mayor eficiencia en la reacción y con mayor tamaño de muestra. Todavía nos falta, pero ya empezamos a ver que es factible”.
Integrante de un consorcio formado por el Centro de Química Inorgánica (Cequinor) y las empresas Clorar Ingeniería e Y-TEC, y con financiamiento del Ministerio de Ciencia a través de la Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (I+D+I), el entusiasmo de Brasnarof no es una simple expresión de deseos. Se basa en otros logros que alguna vez también parecieron inalcanzables, como el desarrollo de la tecnología de enriquecimiento de uranio para dar sustento a la investigación y la provisión del combustible para reactores nucleares. “Hasta ese momento sólo lo habían logrado los países con armamento bélico –cuenta Brasnarof–. La CNEA comenzó a investigar a fines de 1977 y se implementó en escala industrial en lo que es hoy el Complejo Tecnológico Pilcaniyeu. El anuncio oficial se hizo en 1983 y en ese momento éramos el séptimo país del mundo que lograba el enriquecimiento de uranio. Hoy no son más de 13. El desarrollo por métodos propios se impuso porque no es una tecnología que se transfiera, o a la que uno pueda acceder en forma abierta o en la bibliografía”.
Entre los múltiples desafíos que debieron afrontar estaba el trabajo con sustancias fluoradas, que impone exigencias en materia de seguridad. “Eso nos confirió capacidades operativas, por ejemplo, en el cumplimiento de las restricciones y la normativa que hoy está vigente en materia ambiental –aclara Brasnarof–. Además de las salvaguardas internacionales en el manejo de uranio. Ahora estamos volcando esa experiencia en el desarrollo del electrolito”.
“Las baterías de ion-litio consisten en celdas en cuyo interior se encuentran el cátodo, el ánodo, el separador y el electrolito – explica Roberto Salvarezza, nanotecnólogo, expresidente del Conicet, ex Ministro de Ciencia y actualmente presidente de YPF Litio–. El carbonato de litio es el insumo para preparar el material del cátodo [polo positivo]. El material del ánodo [polo negativo] es el grafito, obtenible del coque de petróleo de las refinerías. El electrolito es un componente clave que utiliza flúor, litio y fósforo. Hoy podemos fabricar el material del ánodo y del cátodo, pero la preparación del electrolito es compleja y requiere un desarrollo especial”.
Anatomía de las baterías
Las baterías de litio son dispositivos recargables que se utilizan ampliamente en teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, vehículos eléctricos y muchos otros aparatos. Almacenan energía en forma de reacciones químicas con iones de litio que se mueven entre el cátodo y ánodo. El electrolito es un compuesto que permite ese flujo. Para alimentar un dispositivo, la batería suministra energía a medida que los iones van del ánodo al cátodo. Cuando se conecta a un cargador, se invierte la reacción química: los iones de litio regresan del cátodo al ánodo. Así se "recarga" y queda lista para volver a usarse.
Cuando se decidió abordar este tema, surgió la necesidad de elaborar esta sal de gran demanda mundial y muy pocos productores. “Es un hexafluorofosfato de litio y en la Argentina, que importa fluoruro de hidrógeno para fabricación de refrigerantes, no hay capacidades de acceso al flúor en cantidades importantes –subraya Brasnarof–. Sin embargo, en el complejo Pilcaniyeu, por el enriquecimiento de uranio, sí lo usamos. De modo que a fines de 2021 nos convocaron tanto por las capacidades de infraestructura como por nuestros recursos humanos. El consorcio obtuvo un financiamiento del Fonarsec (Fondos Argentinos Sectoriales), y trabajamos primero en los conceptos, después en la planificación de laboratorio y más tarde en el diseño de una planta piloto”.
De acuerdo con el especialista, desde el punto de vista de su aplicación industrial hay “dos factores fundamentales: la pureza, que implica un bajo nivel de agentes contaminantes que no son propios de esta sal, y que van en detrimento de la vida útil o el desempeño de la batería. Eso es crítico. Y luego, hay que darle volumen, generar más cantidad por unidad de tiempo. Nosotros en la planta tenemos tanto las capacidades físicas como el personal capacitado, y a su vez la instalación cuenta con autorizaciones ambientales para manejo de productos fluorados. Más allá de los componentes químicos, hay que conjugar un montón de factores. Ahora estamos todavía en una escala de laboratorio, pero haciendo pruebas y mejorando la pureza y la eficiencia del proceso para poder escalar la producción”.
Cada celda requiere entre dos y cinco gramos de estas sales. La planta de UniLiB está pensada para unas diez toneladas/año. “Tenemos pensado comenzar la producción importando el electrolito, pero la estrategia es desarrollar la síntesis lo antes posible para utilizar nuestra propia tecnología en la celda –afirma Salvarezza–. El cátodo equivale aproximadamente al 30% del costo de la batería, el ánodo a alrededor del 22% y el electrolito a más o menos el 10%”.
Poner manos a la obra
Para Victoria Flexer, doctora en química que dirige el Centro de Investigación y Desarrollo en Materiales Avanzados y Almacenamiento de Energía de Jujuy, "esas sales de litio para el electrolito son algo muy importante y si pueden hacerlo es buenísimo. Es un gran avance que se esté dando en la Argentina, esperemos que puedan pasar de escala lo más rápido posible. Son tecnologías con las que hay que tener un cuidado enorme, debe ser la parte más complicada en la fabricación de una batería. Lo que falta no va a ser trivial, pero la CNEA tiene una tradición importante en síntesis química. Lo veo como una muy buena noticia".
Ernesto Calvo, ex director del Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (Inquimae, de la UBA y el Conicet) y reconocido internacionalmente con el premio Bright Minds Challenge por su desarrollo de un sistema innovador para extraer litio, subraya los desafíos que deberán enfrentarse de aquí en más. “Hay muy pocas fábricas de estas sustancias en el mundo –apunta–. Está bien que aprendamos a hacerlo, pero no podemos perder de vista que se necesitan equipos especiales y hay varios problemas. Por un lado, la química del flúor es muy complicada, debe importarse el flúor o ácido fluorhídrico y el pentóxido de fósforo, que no hay en el país. Por otro, la economía de escala hace que no podamos competir con los precios de China. Pasar de 10 gramos a escala industrial requiere de grandes inversiones y no menos de cinco años de desarrollo”. Y sugiere otro camino posible: utilizar “hexafluoruro de potasio, que es económico y no presenta reacción con el ambiente. Con la [compañía] Laring lo hemos considerado”.
Brasnarof es reacio a prometer plazos y metas. “Uno obviamente quisiera tener resultados de acá a un par de años, sería fantástico, pero no me quiero aventurar. Uno tiene cierta planificación, pero hay que poner los pies sobre la tierra, porque cuando se va avanzando encuentra cosas que no preveía y hace falta resolverlas. Obviamente, si hay recursos económicos y recursos humanos se puede avanzar más rápido. Vayamos recorriendo el camino del desarrollo y encontrando los problemas que se presenten –sugiere–. A veces, en cosas que funcionan muy bien en el laboratorio, cuando se cambia de escala aparecen problemas que hay que resolver. Se va construyendo conocimiento tecnológico que es necesario resguardar con patentes o secreto comercial, y a partir de esa experiencia va avanzando hacia otros niveles de complejidad y magnitud”.
Graduado en 1993, con frecuencia el también docente del Instituto Balseiro tiene que explicarles a sus alumnos porqué se quedó en el país. “Creo que es relevante poder plantear desafíos y consolidar capacidades –cuenta Brasnarof–. La única forma en que las naciones son soberanas y pueden ejercer sus derechos es con investigación que ofrece bienestar a la sociedad. Sí, podría haber emigrado, pero me parece que es fundamental tratar de potenciar nuestras capacidades. Así que acepto el desafío, tomo la mochila y vamos para adelante. Pienso que es lo que todos tenemos que hacer. Fundamentalmente, por respeto a aquellos que nos precedieron y para impulsar a los que nos siguen”.
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