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Apr 14, 2023

Cómo se fabrican las baterías y cómo el futuro de una nueva industria está en juego

En el antiguo corazón de los combustibles fósiles de Australia, se está gestando un nuevo tipo de industria.

En el antiguo corazón de los combustibles fósiles de Australia, se está construyendo un nuevo tipo de industria.

En Kwinana, al sur de Perth, no lejos de las chimeneas y los silos de una refinería de petróleo fuera de servicio, se han asegurado terrenos para producir minerales de batería altamente refinados.

En Geelong, donde Ford fabricó automóviles durante casi un siglo, se está trabajando en una "gigafábrica" ​​de baterías de iones de litio.

En Hunter Valley, donde el carbón es el rey, acaba de abrir otra gigafábrica.

Y a principios de este mes, se supo que el litio, un ingrediente central para las baterías, pronto valdrá más para WA que el petróleo, el gas y el carbón combinados.

La humilde batería recargable se ha convertido en un gran problema.

Una tecnología desarrollada para alimentar los teléfonos móviles se ha vuelto fundamental para todo, desde el transporte limpio hasta las redes renovables.

Se prevé que la demanda mundial de baterías se multiplique por diez durante la próxima década y por cuarenta para 2050.

Ahora, se hace una pregunta, y su respuesta podría dar forma a la prosperidad de Australia durante generaciones.

¿Quién fabrica las baterías?

Las baterías se fabrican en muchos lugares, a partir de muchos materiales.

"Una batería recargable moderna es una pieza de tecnología muy avanzada", dice Shannon O'Rourke, directora ejecutiva del Centro de Investigación Cooperativa de Industrias de Baterías Futuras (FBI CRC), con sede en la Universidad de Curtin en Australia Occidental.

"Aunque parece simple desde el exterior, en el interior contiene materiales diseñados con precisión hechos de los productos refinados más puros".

El siguiente gráfico muestra la secuencia de procesos que convierten los minerales en bruto en una batería de iones de litio, y se estima que la participación de los ingresos totales en cada paso de esta cadena de valor representará para 2030.

El paso de la fabricación de celdas captura casi la mitad de los ingresos totales, pero Australia actualmente no fabrica celdas de iones de litio a escala.

En cambio, su contribución es casi en su totalidad a través de la minería, que representa tres centavos por cada dólar del valor total.

Este año fiscal, Australia exportará alrededor de $ 18,5 mil millones en litio, o alrededor de la mitad del suministro mundial.

La mayor parte de ese litio se enviará a China, que alberga a seis de los 10 mayores fabricantes de baterías del mundo y domina la cadena de valor mundial de las baterías.

Es una historia similar con otros minerales de batería, como grafito, níquel, manganeso, cobalto, vanadio, cobre y aluminio.

Básicamente, Australia está "vendiendo la lana y recomprando jerseys", dice Brian Craighead, director general de Renaissance Energy, un fabricante de baterías australiano.

"Eso es básicamente lo que hacemos, lo desenterramos y lo enviamos".

"Obtenemos 5 centavos por dólar y vivimos con eso... pero podemos obtener 95 centavos".

El fabricante de baterías más grande del mundo dice que su nueva batería podría impulsar aviones eléctricos o propulsar vehículos eléctricos más allá de los 1.000 km con una sola carga.

Para que Australia gane una mayor parte de los ingresos, tendrá que enfrentarse a sus socios comerciales en su propio juego de procesamiento de minerales a gran escala y fabricación avanzada.

El Gobierno Federal está preparando una estrategia nacional para hacer precisamente eso y prometió créditos concesionales para el sector.

La semana pasada, anunció un "centro de crecimiento" para ayudar a las empresas que buscan fabricar localmente tecnologías de energía limpia.

Pero dentro de esta industria emergente, existe la preocupación de que Australia se está moviendo demasiado lentamente.

"Todos en este proceso, incluidos nosotros, dicen que debemos hacer que esto vaya más rápido", dice Steve McCartney, secretario de estado de WA del Sindicato de Trabajadores Manufactureros de Australia (AMWU WA).

Adam Best, científico investigador principal de CSIRO, dice que el resto del mundo se está moviendo más rápido que Australia.

"La oportunidad es una ventana corta, en mi opinión.

"Una vez que estas instalaciones [de fabricación de baterías] se establezcan [en el extranjero], no las moverá".

A pesar de sus ventajas naturales de recursos y energía barata, Australia podría quedarse atrapada vendiendo lana y recomprando suéteres.

"Todo el mundo quiere ser una superpotencia de energía limpia", dice O'Rourke.

"Es una competencia, no un eslogan".

Piense en una batería de iones de litio como un pastel de bodas alto en forma de columna, del tipo con capas de esponja y crema, excepto que se ha colocado de lado.

"Hay muchas similitudes con la fabricación de alimentos", dice Rob Fitzpatrick, CEO de Recharge Industries, que está construyendo lo que será la primera fábrica a gran escala de Australia para fabricar celdas de iones de litio.

"Necesitas bombear decenas de miles de celdas de batería al día".

Una batería típica tiene cuatro componentes principales: un ánodo que retiene los iones de litio cuando está cargada, un cátodo que los retiene cuando está descargada, un separador que se coloca en el medio y un medio de electrolito que permite el movimiento de iones de litio entre el cátodo y el ánodo. .

Al igual que al hacer un pastel, comienzas con los ingredientes crudos.

Para el propósito de este ejemplo, vamos con el tipo de batería que se encuentra en la mayoría de los vehículos eléctricos, bicicletas eléctricas y herramientas eléctricas en la actualidad.

Conocido como NMC, tiene un cátodo hecho principalmente de níquel, manganeso y cobalto.

Y al igual que con la cocción, la fabricación de este cátodo comienza con una suspensión.

Los minerales que lo componen se extraen, trituran, separan y concentran para crear sulfato de níquel, sulfato de manganeso y sulfato de cobalto de grado de batería, con una pureza del 99,99 %.

El mineral de litio se convierte en hidróxido de litio y se mezcla con cada uno de estos materiales precursores.

Luego, estos se mezclan en una mezcla uniforme, junto con un solvente, y se recubren en un colector actual de papel de aluminio más delgado que un cabello humano.

Estas láminas recubiertas se prensan y hornean. El separador se coloca en capas entre el ánodo (generalmente grafito) y el cátodo, y luego estos se enrollan en espiral antes de ser empujados hacia una carcasa de celda cilíndrica.

El electrolito se inyecta en la celda, que luego se carga y descarga, en un proceso de prueba y clasificación de la capacidad de la celda.

Finalmente, estas celdas se combinan en pilas, que a su vez se ensamblan en bastidores y se conectan al sistema electrónico que monitorea su carga y estado y controla la salida de energía.

Suena simple, ¿verdad?

Ahora considere que completar solo una parte de uno de estos pasos requiere su propia instalación multimillonaria.

En Kwinana, el mineral de litio triturado se convierte en hidróxido de litio al disolverlo en ácido sulfúrico concentrado a alta temperatura.

Se utilizan potentes imanes para extraer el hierro, a fin de garantizar que el producto final esté libre de hierro en niveles de partes por billón.

Esta planta de Kwinana, que refina una pequeña fracción de todo el litio extraído en WA, costó $ 1 mil millones para construir.

La "gigafábrica" ​​Geelong propuesta por Recharge Industries, que fabricará celdas de iones de litio y las ensamblará en baterías, requiere una inversión de $ 4.8 mil millones durante siete años, dice el CEO Rob Fitzpatrick.

"La escala y el tamaño son impresionantes", dice Fitzpatrick.

"Para 6 GWh de producción anual, son ocho aviones jumbo de extremo a extremo de largo y dos aviones jumbo de ancho".

Esta cifra de producción anual es una fracción de los requisitos de almacenamiento proyectados de Australia para 2030.

"Se prevé que la demanda mundial en ese momento oscile entre 3500 gigavatios-hora y 8800 gigavatios-hora".

La fabricación de baterías es un desafío técnico, pero esto no es lo que está desacelerando el crecimiento de la industria, dicen los expertos.

El principal obstáculo es el acceso al capital.

Los fabricantes tienen un problema del tipo del huevo y la gallina, en el que, para fabricar celdas de batería, necesitan acceso a los minerales de la batería.

Pero los minerales para baterías que produce Australia ya han sido comprados por fabricantes de baterías en el extranjero, en acuerdos de compra de varios años.

Para obtener capital para expandir la producción de minerales para baterías, un productor debe mostrarle al banco que habrá demanda para este producto. Lo hace vendiendo lo que dice que producirá en el futuro.

Los nuevos fabricantes australianos de baterías no pueden asegurar estos acuerdos de compra, ya que no han fabricado ninguna batería.

"Se necesitan entre tres y cinco años de su venta [de productos de minerales para baterías] para que se venda... para que una instalación bancaria australiana respalde [esta expansión]", dice Brian Craighead de Renaissance Energy.

"Todos tienen en gran medida el mismo problema, que no es un problema técnico. Es un problema comercial".

Renaissance había planeado fabricar celdas de iones de litio en Australia, pero no pudo asegurar una fuente de materiales para baterías. En cambio, ensambla baterías a partir de celdas de iones de litio importadas, con planes de hacer las suyas algún día.

Mientras tanto, Recharge planea comprar la mayoría de sus minerales para baterías en el extranjero, hasta que pueda obtenerlos localmente.

El CEO Rob Fitzpatrick dice que la industria está atrapada en un ciclo de búsqueda de capital, pero no puede probar su producto o demostrar que tiene clientes.

"Es un conjunto de números absolutamente deslumbrantes poder crear esta capacidad [de fabricación]", dice.

"[Y el banco] va a preguntar, '¿Quiénes son sus clientes?' Los clientes van a decir, 'Muéstrame un producto'. Pero no puedes hacer productos hasta que tengas capital".

Él dice que una solución a esto sería que el gobierno intervenga y proporcione financiamiento inicial antes que los inversores privados.

Este puede ser un enfoque de la estrategia de batería nacional del gobierno federal, que se espera para finales de este año.

Mientras tanto, AMWU WA respalda la idea de que el gobierno construya la infraestructura necesaria para, por ejemplo, fabricar productos químicos para baterías o fabricar celdas, y luego arrendar esto a las empresas.

Estas "instalaciones de uso común" propiedad del gobierno alentarían a las pequeñas y medianas empresas a probar ideas y desarrollar sus productos, sin tener que recaudar mucho capital primero, dice Steve McCartney de AMWU WA.

"Con esta infraestructura arrendada, [ellos] irán allí y mostrarán lo que pueden hacer.

"Así es como minimizamos el riesgo".

Hace dos semanas, el gobierno de WA anunció planes para financiar lo que será la batería más grande de Australia (2000 megavatios-hora), en el centro de carbón de Collie.

Junto con una segunda batería más pequeña en Kwinana, le costará al estado $2.8 mil millones.

Ninguno de los dos se construirá sustancialmente en Australia.

"Estoy decepcionado de que las dos baterías más grandes de WA no se fabriquen en WA", dice McCartney.

"Necesitamos asegurarnos de tener una industria próspera para cuando sea necesario reemplazar todas estas baterías".

En 10 años, Australia podría tener una cadena de valor completa de extremo a extremo para baterías de iones de litio, operando a escala, dice el FBI CRC.

En un informe publicado en marzo, la CRC pronosticó dos escenarios para 2030. En uno, Australia está excavando y exportando principalmente minerales de batería sin procesar, como lo hace actualmente.

En el otro, se diversifica en refinación, fabricación de celdas y ensamblaje de baterías, mientras continúa con la minería.

La industria en este segundo escenario tendría un valor de $ 16.9 mil millones, o alrededor de un tercio más que el primero, predice el CRC.

También generaría aproximadamente el doble del PIB y el doble de puestos de trabajo, dice.

Debido a que los materiales y la energía representan la mayor parte del costo de una batería, en lugar de la mano de obra, Australia podría fabricar algunas de las baterías más baratas del mundo, dice Shannon O'Rourke del FBI CRC.

"Australia es la única nación del mundo con grandes recursos de todos los minerales críticos necesarios", dice.

"Somos el único lugar con los minerales, la energía barata y la infraestructura industrial para integrar verticalmente nuestra producción nacional y competir con China".

Rob Fitzpatrick de Recharge también dice que Australia puede fabricar baterías más baratas que otros países.

"Creemos que en base a la lista de materiales, volviendo a la química y los componentes, tenemos una ventaja en costos", dice.

Un tipo de batería inventado por un profesor australiano en la década de 1980 se promociona como la próxima gran tecnología para el almacenamiento de energía en la red.

La mayoría de las baterías que podría fabricar Australia proporcionarían almacenamiento para redes de energía, en lugar de vehículos eléctricos, dice Adam Best de CSIRO.

Australia no fabrica automóviles a gran escala y a los fabricantes de automóviles les gusta ubicar sus plantas de fabricación de automóviles junto a las de fabricación de baterías.

"Hay un gran mercado de exportación para el almacenamiento estacionario para el sudeste de Asia y el Pacífico", dice.

Y al igual que la CRC, considera que la mayor parte de los ingresos provienen de un "punto óptimo" en la cadena de valor, en torno a la minería, la refinación y la fabricación de productos químicos para baterías.

Pero, aparte del dinero, tener una fabricación soberana de baterías sería algo bueno, agrega.

Pronto, la mayoría de las dos redes eléctricas principales de Australia estarán alimentadasporenergías renovables, lo que significa que dependerán de las baterías y otro tipo de almacenamiento.

"Si las cosas van mal, tendremos que saber cómo hacer baterías", dice Best.

Por primera vez en décadas, los gobiernos estatales y federales hablan de que la fabricación es una solución para el crecimiento, el empleo y la seguridad energética, en lugar de una industria moribunda que debe salvarse.

"Teniendo en cuenta la forma en que nos limpiaron en la década de 1990, y todo se fue al mar, es música para mis oídos", dice McCartney.

"Creo que todos están entusiasmados con las oportunidades".

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