Problemes amb el liti? La Xina comença a fabricar bateries de sodi

Per a sorpresa de tothom, el 2 de desembre la Xina, mitjançant la companyia estatal CTG, va anunciar que havia començat a fabricar bateries de sodi. El principal fabricant mundial de bateries de liti, la xinesa CATL, ja havia presentat el 2021 aquesta mena de bateries, però amb la intenció de fabricar-les en massa a partir del 2023. El desencadenant de tot plegat són els inconvenients que arrossega el liti, el component clau en què es basa la tecnologia dominant de bateries. El gran augment de demanda arran de l’electrificació del consum energètic ha causat un creixement rècord del preu del liti. Juntament amb les dificultats derivades de la crisi actual, ha fet que per primera vegada les bateries de liti hagin pujat de preu aquest desembre, després de dècades de fortes davallades. Tot seguit, analitzem el mercat de les bateries, la nova tecnologia de sodi i les seves implicacions geopolítiques.

Els inconvenients del liti

Aquest final d’any hem vist una pujada sense precedents del preu del liti. No hi ha prou liti al món, com diuen algunes veus? El Servei Geològic dels EUA (USGS) publica cada any un resum de l’evolució dels recursos minerals. Respecte del liti, dóna dades molt interessants. Els recursos mundials d’aquest element han augmentat substancialment a causa de l’exploració minera, impulsada pel creixement de la demanda. Els experts nord-americans calculen que n’hi ha prop de 89 milions de tones. Tanmateix, tan sols una part d’aquests recursos, que coneixem com a reserves, es pot extreure de manera econòmicament rendible amb la tecnologia actual. Els 2021 les reserves de liti se situaven en 22 milions de tones. D’aquestes, el país que en té més és Xile, amb 9,2 milions de tones, seguit d’Austràlia (5,7 M), l’Argentina (2,2 M), la Xina (1,5 M) i els EUA (0,75 M). Tenint en compte que la bateria d’un cotxe elèctric necessita uns 8 quilos de liti, amb les reserves actuals se’n poden construir 2.750 milions.

Anualment es produeixen al voltant de vuitanta milions de cotxes en tot el món (xifra en descens), per la qual cosa tenim prou liti per a fer cotxes elèctrics durant trenta-quatre anys. Tanmateix, cal fer diverses consideracions sobre aquestes xifres. Primerament, que el volum de les bateries per a emmagatzematge estacionari, és a dir, les bateries per a les cases i les centrals elèctriques, és previst que tingui un volum equivalent a l’automobilístic. Per la qual cosa, la previsió per a cotxes baixaria a la meitat, disset anys.

Així i tot, hi ha dos fenòmens que podrien contrarestar-ho. Per una banda, l’exploració minera per a trobar nous recursos de liti creix, incentivada pels preus elevats actuals. Això farà que les reserves augmentin previsiblement de manera molt significativa. Per una altra, cal considerar que les bateries de liti es poden reciclar d’un 90% o més, de manera que la demanda de liti nou baixarà enormement si se’n regula legalment el reciclatge. No sembla que hi hagi perill d’acabar sense liti a mitjà termini. On és el problema, aleshores?

La resposta cal cercar-la en la producció anual. No serveix de res tenir un embassament ple, si necessitem aigua per a milions de persones i només en podem extreure-la gota a gota. L’any 2021 la producció de liti va créixer d’un 21% fins a arribar a les 100.000 tones. Els productors principals van ser Austràlia, amb 55.000 tones, seguit de Xile (26.000), la Xina (14.000) i l’Argentina (6.200). A Europa, Portugal en va produir 900 tones. Tanmateix, l’augment del consum mundial va ser superior i es va enfilar d’un 33% i va arribar a les 93.000 tones.

Durant el 2021 no va faltar liti, però la tendència és que al ritme actual en pugui mancar d’ací poc. De fet, durant el 2022 la demanda de bateries gairebé s’ha doblat en relació amb el 2021, i ha arribat als 603 GWh. Arreu del món es construeixen gigafactories de bateries, cadascuna de les quals lluita en el mercat internacional per tancar acords amb les empreses mineres. Fins i tot, algunes companyies, com ara Tesla i el grup Volkswagen, sospesen d’entrar en la mineria de liti directament, sense intermediaris, per garantir-se’n la producció. La Xina, com a fabricant principal de bateries de liti (responsable del 79% de la producció mundial), és la primera afectada i interessada a resoldre aquesta situació. Ací entra en joc la seva opció pel sodi.

Les característiques de les bateries de sodi

Com hem vist, a principi de mes la Corporació de les Tres Gorges (CTG) ha començat a fabricar bateries de sodi a la seva planta de bateries de la ciutat de Funyang, a la província d’Anhui, a l’est de la Xina, després d’haver treballat en aquesta tecnologia d’ençà del 2017 i disposar de més de 30 patents. És una producció petita pels estàndards actuals del sector, amb una línia de producció amb una capacitat d’1 GWh anual, prou per a aproximadament 25.000 cotxes elèctrics. Tanmateix, la companyia ja ha dit que treballava per ampliar-ne la capacitat a 5 GWh, l’equivalent a 125.000 cotxes.

Tot plegat, un cop d’efecte d’una companyia propietat de l’estat xinès, atès que tothom esperava que durant l’any que ve fos CATL, l’empresa més gran del món de bateries de liti, la que comencés la producció de les noves bateries de sodi, anunciada a so de bombo i platerets l’any passat. Enguany ha estat preparant la cadena de subministrament per a produir-ne en massa. Però, per què el sodi, més enllà que és un ió que pot ser usat en bateries?

El sodi es pot extreure de la sal comuna, que és clorur de sodi, mitjançant un procediment senzill d’electròlisi. De fet, el nostre país va ser pioner en aquesta tècnica amb l’electroquímica de Flix, fundada el 1897 per iniciativa alemanya en aquesta població de la Ribera d’Ebre, gràcies a un petit embassament que generava l’electricitat requerida i a la sal obtinguda al Delta de l’Ebre. En aquell cas, l’element que se cercava originàriament era el clor, emprat com a desinfectant i per a fer productes de neteja, com ara el lleixiu. Ara la truita s’ha tombat i l’element que interessa és el sodi.

L’avantatge principal del sodi és un preu més econòmic que no pas el liti, a banda de la seva disponibilitat universal i obtenció fàcil. Els experts calculen que podria fer abaixar d’un 25% el cost del kWh de bateria en relació amb les bateries de liti més econòmiques, les LFP (per liti, ferro i fosfat, en les sigles en anglès). A més, qualsevol país amb accés a una mar o oceà pot aconseguir sodi, fet que pot impulsar molt aquesta tecnologia de bateries. També podria ajudar a resoldre un problema ambiental conegut: les salmorres produïdes per les dessaladores, i que ara poden esdevenir un recurs d’alt valor econòmic que podria disminuir o evitar que es vessessin a la mar. Als Països Catalans en tenim unes quantes, cosa que podria afavorir a futures plantes de bateries, com ara la de Sagunt.

Però les bateries de sodi també tenen els seus inconvenients. El principal és la densitat energètica, que fa que les bateries de sodi siguin més grans i pesants. CTG ha anunciat una densitat energètica de 145 Wh/kg, enfront dels habituals 190-200 Wh/kg de les LFP, o els 250-300 Wh/kg de les NMC de liti (per níquel, molibdè i cobalt). Tanmateix, tant CTG com CATL diuen que arribaran aviat als 200 Wh/kg. Un altre paràmetre a tenir en compte és el nombre total de cicles que admeten les bateries de sodi. Les desenvolupades per CTG arriben a 4.500 cicles, més que no les NMC (1.000-2.500 cicles), però encara lluny dels 10.000 de les LFP. Tot i això, CTG espera arribar als 8.000-10.000 cicles en la pròxima generació i igualar les característiques de les LFP. Tot esperant aquests progressos, de moment no sembla que puguin substituir immediatament i del tot les de liti.

L’occident s’ha equivocat?

Ara com ara les bateries de sodi s’afegirien a la batalla que hi ha entre les dues principals tecnologies de bateries de liti. Per una banda, hi ha les NMC, impulsades sobretot per Tesla, però també per les marques automobilístiques occidentals. El seu avantatge és la densitat energètica superior. Cal tenir en compte que, en els cotxes, l’espai per a encabir-hi una bateria és limitat. Com més densitat tingui, més autonomia pot proporcionar. Malgrat tot, les NMC són més cares per l’ús de cobalt, un element polèmic, d’una altra banda.

En canvi, la Xina va optar per la química LFP. Sense cobalt i amb un element molt barat com el ferro. El preu n’és l’avantatge principal, juntament amb la seva gran vida útil, que multiplica per 4 i per 5 la de les NMC. Tanmateix, proporciona autonomies baixes i requereix una gestió de la càrrega més sofisticada. En tot cas, la tendència actual del sector automobilístic mundial és d’adoptar les LFP per als models més econòmics, encara que doni autonomies d’uns 350-400 quilòmetres, i reservar les NMC per als models d’autonomies superiors. Ara, la Xina confia a augmentar encara més la densitat de les LFP, produir cotxes elèctrics més barats i disputar del tot el mercat a les NMC.

Les bateries de sodi són una clau de volta en aquest objectiu. A banda de solucionar les dificultats de subministrament de liti actuals, permet d’abaixar encara més el preu de les bateries i els cotxes. Cal tenir en compte que les línies actuals de producció de bateries de liti es podran adaptar fàcilment a les de sodi. La Xina no està satisfeta amb dominar el 79% de les bateries de liti al món: de cara al 2030 ha planificat de tenir 148 factories de bateries al país, enfront de les 21 a Europa i 11 a Nord-amèrica previstes fins ara.

Els països occidentals miren de revertir aquesta situació, però la Xina torna a prémer l’accelerador amb les noves bateries de sodi, mentre que Europa i els EUA continuen optant per les bateries de liti d’estat sòlid i millorar el nombre de cicles de les NMC, una tecnologia més cara. Una opció incerta i sense data, que ara per ara solament funciona al laboratori i no sembla escalable a una producció industrial en massa. En paral·lel, a occident comença a arribar una nova generació de cotxes elèctrics xinesos amb l’objectiu de tirar per terra la supremacia europea i nord-americana. Tenen una qualitat i una tecnologia igual o superior a les marques occidentals, a preus més econòmics.

Ara som testimonis d’una guerra comercial que tot just comença i de la culminació d’un pla xinès que es va dissenyar als anys noranta, amb l’ingrés a l’Organització Mundial del Comerç: l’obertura del mercat automobilístic del país a les marques occidentals, però amb la condició que les fàbriques es fessin amb un soci xinès, sota l’argument que era un país subdesenvolupat. Com més va més veus occidentals acusen la Xina d’haver manipulat les regles del comerç internacional a favor seu per copiar la tecnologia occidental en una primera fase i substituir mundialment la indústria europea i nord-americana en una fase posterior, que ja hauria començat.

El primer cotxe amb bateries de sodi, ben a prop

A banda de CTG i CATL, hi ha un tercer contendent en la batalla per la comercialització de bateries de sodi, els també xinesos de BYD. A diferència de les anteriors, la companyia no solament és un dels grans productors mundials de bateries de liti, sinó que també és un dels principals fabricants de cotxes i autobusos elèctrics. Aquests dies ha anunciat que acaba les proves amb el primer cotxe mogut per bateries de sodi, el BYD Seagull, que es començarà a comercialitzar a la Xina l’any vinent a partir de 8.000 euros al canvi. Això ens marca el futur immediat del mercat de les bateries de sodi. Usades en un primer moment a la franja de vehicles més econòmics i urbans, als quals donaran unes autonomies al voltant de 200-250 quilòmetres.

Si s’assoleixen els objectius de la segona generació, les bateries de sodi podrien ocupar el mercat de cotxes amb 300-350 quilòmetres d’autonomia. Les LFP, si milloren la densitat, podrien ocupar una franja mitjana, entre els 350 quilòmetres i els 500, autonomies més que suficients per a la major part d’usos, inclosos viatges llargs, i que podrien liquidar les NMC, amb un mercat molt reduït que les encariria encara més.

En la resta de vehicles, com ara autobusos i camions, que disposen de més espai per a encabir-hi bateries, i alhora tenen bateries molt grans i cares, les de sodi poden representar un abaratiment extraordinari, malgrat que solament puguin donar autonomies baixes. És possible que es puguin veure ben aviat en vehicles de repartiment urbans, però ara per ara cal descartar veure-les en camions de llarg recorregut, com ara el Tesla Semi. És a dir, a l’automoció veurem una convivència de diverses tecnologies de bateries, segons el preu i l’autonomia desitjades, però segurament veurem un abaratiment general dels vehicles elèctrics.

I l’emmagatzematge estacionari? En aquesta mena d’aplicació, la densitat energètica no és tan important, atès que es disposa de més espai. Tanmateix, el nombre de cicles és crític, perquè si en els vehicles es pot fer un cicle setmanal, en les bateries estacionàries es fan habitualment 250 cicles anuals, gairebé un de diari. Per això, aquest mercat avui dia és dominat per la química LFP, que dóna 10.000 cicles. La tecnologia actual de bateries de sodi ara per ara no sembla que hi pugui competir: si bé són un 25% més barates, donen un 50% menys de cicles. Malgrat tot, dependrà del cas d’aplicació, el preu final i la disponibilitat de liti. Potser s’hauran d’adquirir de sodi perquè no n’hi haurà de liti.

Amb les dades que tenim ara mateix, sembla que les bateries de sodi no desapareixeran. Poden ajudar a una previsible manca de liti els anys vinents, amb una mineria de liti que necessita uns quants anys per a poder cobrir la demanda –una mina nova pot trigar entre cinc anys i quinze a ser productiva. Per contra, establir una cadena de subministrament de sodi pot trigar menys de dos anys, és un element molt abundant i de fàcil accés, i més econòmic que no pas el liti. Amb una densitat energètica de 145 Wh/kg i 4.500 cicles, ara per ara no pot competir directament amb les de liti, però pot ocupar segments importants del seu mercat, especialment si iguala les característiques actuals de les LFP, i, d’aquesta manera, ajuda a fer davallar la demanda de liti i abaratir-lo. Ara, també accentuaran el domini xinès en aquest sector econòmic fonamental. L’occident podrà reaccionar-hi?