PERIODISMO CIENTÍFICO

Litio: Buscando a Nemo

En el mundo moderno la electrificación del transporte está transformando la demanda y el suministro de las materias primas esenciales para la fabricación de las baterías.

El litio (Li), conocido como el oro blanco de la energía, despierta interés para este fin desde hace un tiempo hasta la fecha, aunque desde antes se utilizaba con propósitos medicinales y aplicaciones tecnológicas.

¿Qué ha cambiado?: que las ventas totales de vehículos eléctricos, incluidos los híbridos, han aumentado en más del 24 por ciento, según explicó a JT el ingeniero Miguel Cisneros Pestana, de la dirección de Negocios de la Empresa Geominera S.A., una sociedad mercantil cubana de carácter privado y capital 100 por ciento estatal.

Por otra parte, la comercialización mundial de automóviles eléctricos recargables representará el siete por ciento de las ventas en 2025 y el 38 por ciento en 2040. Por tanto, los fabricantes planean volver los vehículos completamente eléctricos para el 2050.

Actualmente las propiedades del litio son muy valoradas dada su elevada conductividad eléctrica, baja viscosidad, liviandad y bajo coeficiente de expansión térmica, las cuales, según describe el MsC. Mario Alberto Arrastía Ávila en el artículo “Litio: recursos, precio e impacto ambiental”, fechado el 12 de mayo de 2021, son cualidades que favorecen que tenga múltiples aplicaciones en el sector industrial y especialmente en el ámbito de la fabricación de baterías.

“La razón de que el litio haya cobrado tanta importancia es que sus usos han experimentado una espiral de crecimiento (…) La acelerada expansión de las tecnologías renovables también ha llevado a que el empleo del mineral crezca como nunca antes. Los paneles fotovoltaicos y los aerogeneradores, dependen de la captación de recursos variables e intermitentes: la radiación solar directa y el viento. Es necesario guardar la electricidad generada por estos medios para cuando más falta haga. Ahí es donde entran en el juego las baterías de litio”, explica Arrastía Ávila.

Por otra parte, asegura el Máster en Ciencias que tan codiciado mineral se emplea también para la fabricación de las baterías de equipos portátiles como computadoras, teléfonos celulares y tabletas.

Secuencia de baterías recargables. Fuente: Ingeniero Miguel Cisneros Pestana

Cuba: Materiales activos para almacenar energía eléctrica

El archipiélago plantea una matriz energética con mayor impacto de las fuentes renovables (FRE) para el 2030 y es conocido que miles de vehículos eléctricos serán adquiridos para disminuir en un 50 por ciento el consumo de combustibles fósiles. Muestra de ello ha sido las diversas donaciones al país de guaguas y autos con estas características por otras naciones, mediante proyectos de colaboración. Incluso se habla ya de un modelo cero combustibles.

Por lo anterior, Cuba requiere asimilar y desarrollar conocimientos, así como formar recursos humanos para enfrentar la entrada de las tecnologías de almacenamiento de energía eléctrica y poder aprovechar en un futuro los amplios yacimientos de óxidos de elementos de transición que posee para producir sus propios sistemas recargables.

En tal sentido, los resultados de la investigación Avances de Cuba en el desarrollo de materiales activos para almacenar energía eléctrica, Premio Anual de la Academia de Ciencias de Cuba en 2020, constituyen un punto de adelanto en este tema. Allí se presentan nuevos e importantes hallazgos, relacionados fundamentalmente con la medición de las propiedades críticas que determinan la aplicación de materiales activos nacionales en baterías recargables de Li y supercapacitadores.

Este trabajo científico recoge los resultados más significativos, obtenidos en los últimos cinco años de investigación del grupo de conductores iónicos (Conlon), del Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales (IMRE), de la Universidad de La Habana, único colectivo del país dedicado a la preparación y caracterización de materiales activos para las baterías de litio y súpercapacitadores.

“Entre los grandes retos para el desarrollo de las baterías se encuentra la formulación de nuevos electrolitos que sustituyan los líquidos orgánicos que suelen ser agresivos al medio ambiente y peligrosos por el riesgo de explosión. Como alternativa se estudian materiales sólidos basados en polímeros conductores Li+ como el polioxietileno (POE)”, describe la investigación.

Otro de los resultados es que “el óxido de grafeno obtenido llegó a ser un excelente material anódico con una conductividad de 1,3 Siemens por centímetro (S/cm), una capacidad específica reversible de 354 Miliamperios hora por gramo (mAh/g) en baterías de litio y una capacidad de 160–332 Femtogramo por gramo (F/g) como supercapacitador”.

Minerales propios y sus usos

En Cuba las zonas de minerales metálicos más importantes están en la región noroccidental de Pinar del Río, en el norte de Holguín alrededor de las bahías de Nipe y Moa, y en la Sierra Maestra, cerca de Santiago de Cuba.

Los productos de sulfato de cobalto y de sulfato de níquel son requeridos para el mercado de vehículos eléctricos, así como el óxido de escandio, de alta demanda para la industria automotriz y aeroespacial; de igual manera, el sulfato de manganeso (Mn), solicitado por los productores de baterías. Estos minerales pueden se obtenidos en el archipiélago cubano, según abundó Miguel Cisneros Pestana.

Como afirma el profesor de la Universidad de Moa, en Holguín, Luis Alberto Pérez García, en el país existe una minería bien establecida de níquel (Ni) y cobalto (Co), que constituye un renglón importante para la economía. “Sin embargo, se debe decir que lo que se exporta no es un producto terminado, sino un concentrado rico en Ni y Co que luego se refina en el exterior.

“El níquel cubano se considera de Clase II con un contenido promedio del 90 por ciento. Cuba lo exporta a China, Europa y Canadá. Este material es esencial en la producción de acero inoxidable y otras aleaciones resistentes a la corrosión. El cobalto es clave en superaleaciones que se emplean en la fabricación de motores de aviones. Los precios del mismo han subido en gran parte por su uso en las baterías de automóviles eléctricos”.

Entre las potencialidades que ofrece la empresa Geominera S.A., se destaca el desarrollo de proyectos multidisciplinarios dirigidos a la evaluación completa de un área de interés geológico. (Foto: tomada del sitio web de la Empresa Geominera S.A.)

Pérez García también comenta sobre la existencia de investigaciones publicadas por profesores de la Universidad de Moa, que demuestran la presencia de escandio (Sc) en las lateritas ferro niquelíferas de Moa, pero el proceso de asimilación de ese conocimiento y la evolución de potencialidades aún es incipiente.

“Algo parecido ocurre con los conocidos depósitos de Mn de origen vulcano-sedimentario en Cuba, localizados en la zona oriental. Otros estudios, todavía en estado muy primitivo, prueban la presencia de muchos de estos metales críticos* en concentraciones significativas en el archipiélago. Se debe entender que el ciclo de investigación-exploración-producción de la industria geólogo-minera es lento y costoso”.

Son múltiples los usos de estos minerales en la vida cotidiana. El fostatado de manganeso, por ejemplo, se emplea como tratamiento para la prevención de la oxidación y corrosión del acero.

Dependiendo de su estado de oxidación, los iones de Mn tienen colores diferentes y se utilizan industrialmente como pigmentos. Los permanganatos alcalinos y de metales alcalinotérreos son oxidantes poderosos. El dióxido de manganeso se utiliza como cátodo (polo negativo).

El níquel, por su parte, en aleación con el hierro proporciona tenacidad y resistencia a la corrosión. Suele disponerse como recubrimiento y reacciona con dificultad en medios agresivos, no sufre el llamado efecto ´galleo´, el cual sí padece el cobre.

Sobre el cobalto se dice que existe en los residuos o colas niquelíferas de la antigua planta de Nicaro y la de Moa, en la provincia de Holguín, con millones de toneladas acumuladas. Afirma el ingeniero Miguel Cisneros que en los últimos años se han realizado nuevos estudios encaminados a rescatar los valores metálicos de las menas lateríticas. Asimismo, se ha estudiado la recuperación del Co por resinas y solventes en esquemas hidrometalúrgicos.

Con respecto al óxido de escandio, el profesor Luis Alberto García manifestó que se utiliza en luces de alta intensidad. Añadiendo yoduro de escandio en las lámparas de vapor de mercurio, se consigue una luz solar artificial de muy alta calidad. La demanda actual de este mineral se dirige a obtener fusiones de aluminio para la industria aeroespacial y para las baterías de alto rendimiento.

La provincia de Santiago de Cuba presenta el mayor potencial de recursos evaluados de manganeso, que superan el millón de toneladas. (Foto: tomada del perfil de Facebook de la Empresa Geominera S.A.)

Al respecto, el también profesor de la Universidad de Moa, Alain Carballo Peña, agregó que “una de las aplicaciones generalizadas del escandio es la ligereza en aleación con el aluminio (Sc-Al). Por ello, esa mezcla se aplica en componentes de trenes, embarcaciones y vehículos ultra rápidos, cables de alta tensión, etc. También se destina a baterías de combustible de óxido sólido, en este caso, con un electrolito de zircón. La ligereza de la aleación Sc-Al, le asegura también la aplicación en la industria aeroespacial en general”.

¿Existe litio en Cuba?

Los expertos entrevistados coinciden con la tesis de que en Cuba no se ha confirmado, hasta el momento, la presencia de litio, pero según el ingeniero Miguel Cisneros, en Punta Alegre, Ciego de Ávila, hay un domo salino por caracterizar para este mineral y otros elementos. Que se encuentre parece tan improbable como aquella búsqueda del pececillo Nemo de Pixar, aunque no imposible.

Entre 2016 y 2021, según datos del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés), casi se ha triplicado la producción mundial de Li. Al hablar de las reservas globales conocidas, los países de América Latina toman la delantera.

El mismo informe del USGS archiva que en todo el orbe se han identificado alrededor de 89 millones de toneladas métricas de este recurso. El 56 por ciento de esas reservas las tienen tres países de Suramérica: Bolivia, Argentina y Chile, que componen el denominado ‘Triángulo del litio’.

Además de estas naciones, Australia, China, Alemania y México son otros de los diez países que cuentan con las mayores reservas de litio en el mundo.

Por el ambiente geológico en el que se formó Cuba, es poco probable que se tengan yacimientos de este mineral aún por descubrir, más allá del que pudiera haber en las salmueras, producidas en las salinas.

Por esa razón, el profesor de la Universidad de Moa, Luis Alberto considera que la posibilidad de nuestro país para insertarse en la industria de las baterías pasa “por desarrollarlas con otros metales. La única planta productora de baterías (la Empresa de Acumuladores XX Aniversario del triunfo de la Revolución, localizada en Manzanillo, Granma) demostró sus potencialidades hace una década al colocar en el mercado del sector empresarial 160 mil 100 baterías, más de la mitad de las 300 mil que demanda Cuba al año.

Durante el 2021 esta fábrica sufrió la caída de sus rendimientos y en lo que va de año no ha podido arrancar a un buen ritmo, según resaltó el diario Granma en su edición digital del 26 de abril de 2022. En esa afectación incidieron varios factores, pero el de mayor peso fue la paralización de la industria durante varios meses debido a la falta, entre otros recursos, de su materia prima principal: el plomo importado.

En Cuba no hay una industria de baterías bien desarrollada (solo acumuladores de transporte automotor), lo que constituye un reto para el país cuando el mundo apuesta cada vez más por medios de transporte eléctricos, y urge a la Isla su empleo extendido, para lo cual son imprescindibles las baterías que se importan.

Una inversión en este sentido, unido al uso directo de los metales afines que existen en el país, allanaría el camino para una necesaria transportación menos costosa y más eficiente.

*Metales críticos: grupo de metales cruciales para la economía, ya que forman una base importante en la industria. Producen una gran variedad de tecnologías, que se usan al día a día.

(Tomado de Juventud Técnica)

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