Un viatge amb cotxe elèctric cap al món recarregable (II)

En el darrer article vam donar un cop d’ull al funcionament de les bateries d’ió liti. Vam posar una mica de perspectiva al seu ús en la indústria, en especial la de l’automòbil, per a la seva consolidació en l’ús de masses.

Sota l’etiqueta de “revolució verda”, l’auge del món recarregable està rebent un fort impuls de tot el conjunt de regulacions econòmiques i ambientals que deriven del mateix Acord de París del 2015 de “mitigació” del canvi climàtic. Per tenir una imatge completa, però, val la pena posar una mica de llum a la foscor a la cara amagada d’aquesta “revolució verda”.

Figura 1. L’Acord de París és el tractat legalment vinculant de la 21a Conferència Internacional sobre el Canvi Climàtic. Va ser adoptat per 196 països i va entrar en vigor el 4 de novembre de 2016. L’acord involucra la reducció de les emissions de gasos d’efecte hivernacle i la “descarbonització” de la generació d’energia i de molts àmbits de consum. Les regulacions que se’n deriven impulsen el món recarregable, que forma part de la solució en l’electrificació dels modes de transport o en l’emmagatzematge dels excedents d’energia renovable. Imatge de [2].

Si et compres un vehicle elèctric rebràs una etiqueta blava de “zero emissions” que et donarà privilegis de mobilitat a les ciutats on vagis i privilegis fiscals. Cal tenir en compte, però, que aquesta qualificació de “zero emissions” és només certa per a l’últim esglaó de tota la cadena d’energia que hi ha darrere del cicle de vida del vehicle. És temptador caure en l’abús de llenguatge i negligir l’impacte real del conjunt d’aquesta cadena. Fem una passa enrere, doncs, i mirem-ho amb perspectiva.

Figura 2. Generació d’emissions d’efecte hivernacle (tones equivalents de diòxid de carboni) d’un cicle de cada tipus de cotxe estàndard segons el seu tren motriu, segons [3]. D’esquerra a dreta, i sense ànim d’entrar en els detalls de cada tipus de vehicle: ICE (combustió interna convencional), HEV (vehicle elèctric híbrid), PHEV (vehicle elèctric híbrid endollable), BEV (vehicle totalment elèctric de bateries) i FCEV (vehicle elèctric de cel·la de combustible, amb hidrogen). L’àrea ombrejada indica l’efecte de tenir bateries més grosses i, per tant, més autonomia (+200 km). A l'àrea groga el terme tank-to-wheel (del sortidor a la roda) indica les emissions per aconseguir el moviment un cop el vehicle s’ha carregat o se n’ha omplert el dipòsit de benzina. A l’àrea ataronjada, el terme well-to-tank (del pou al sortidor) indica les emissions que s’han generat per omplir aquest dipòsit o carregar el vehicle. Les àrees verdes i blaves assenyalen les emissions associades a la manufactura i reciclatge del vehicle, els seus components i les bateries mateixes.

En aquest sentit, la figura 2 ens mostra la generació d’emissions d’efecte hivernacle segons cada tipus de vehicle al llarg de la seva vida útil. La primera columna mostra les emissions dels vehicles de combustió “de tota la vida”. Les alternatives, representades per les altres columnes, suposarien un estalvi d’un 30-40%. Un percentatge important però que queda lluny, és clar, de les “zero emissions”, que es refereixen únicament a l’últim esglaó de la cadena d’energia representada per la zona groguenca del gràfic. Aquesta contribució es refereix a les emissions un cop s’ha omplert el dipòsit de benzina o s’han carregat les bateries, i és, efectivament, nul·la en el cas del vehicle elèctric (quarta columna del gràfic).

Una contribució important del gràfic de la figura 2 és l’àrea ataronjada, que en el cas del vehicle elèctric ens indica les emissions per generar l’electricitat amb què es carrega. El fet que aquest segment sigui força major que en el cas del vehicle de benzina ens indica que encara hi ha molt camí per recórrer en la descarbonització de l’electricitat que alimentarà els futurs vehicles elèctrics, i Catalunya s’està quedant endarrerida a escala europea. La figura 3 mostra la distribució de la producció elèctrica de la Unió Europea el 2019, i la de Catalunya l’any 2020. La suma de fonts renovables (eòlica, solar i hidroelèctrica) encara representa només el 30% del pastís en l'àmbit de la UE-27, i tan sols el 20% a Catalunya.

Figura 3. Distribució de la producció d’electricitat segons la seva font a escala de la E-27 l’any 2019 (esquerra) [4] i de Catalunya l’any 2020 (dreta) [5]. En el cas català crida l’atenció l’encara ínfim 1,1% que representa les fotovoltaiques. Aquest percentatge contrasta, per exemple, amb el 10,5% d’Alemanya per al mateix any 2020 [6], amb una climatologia més adversa per a aquesta font d’energia.

Irremeiablement, l’electrificació dels mitjans de transport, des dels patinets fins als autobusos o el transport de mercaderies, suposarà un augment de la demanda d’electricitat. L’any 2019 aquest sector consumia uns 79 TWh a escala mundial [7]. De cara al 2030, l’escenari previst per les polítiques ja declarades pels estats multiplica aquest número per 7 (550 TWh). L’escenari “sostenible” que encaixa amb l’Acord de París va força més enllà i el multiplica per 12 (uns 1000 TWh). Inevitablement, entrarem en la paradoxa que més “sostenibilitat” implicarà més consum d’electricitat, i és que aquesta és de les contribucions més importants darrere l’augment global de la demanda d’electricitat que s’espera de cara al 2030, d’un 25% [8].

Els reptes, doncs, són majúsculs: no només cal descarbonitzar substancialment la generació d’electricitat actual, sinó que cal tenir present que necessitarem generar molta més electricitat de cara al futur proper.

Empesa per la indústria de l’automoció, en l'àmbit mundial estem multiplicant a ritmes trepidants la producció de bateries d’ió liti. El liti passa a ser la nova “benzina” de la revolució verda, conjuntament també amb el cobalt i el níquel, que hem vist que necessitàvem per als càtodes de les bateries. S’estima que de cara al 2050 la demanda d’aquests tres metalls s’haurà multiplicat per 20 [9]. Perquè ens en fem una idea, cada mòbil incorpora alguns grams de liti; les tauletes o els portàtils, unes desenes de grams; i un cotxe elèctric, unes desenes de quilograms [10, 11].

Figura 4. El mapa de l’esquerra [12] mostra la regió andina del Triangle del Liti, compresa entre Xile, Bolívia i l'Argentina. Aquesta regió conté més de la meitat de reserves mundials d’aquest metall. A la dreta [13], indígenes aimares treballant en una mina al Salar de Uyuni (Bolívia), el desert de sal més gran del món. La major part del liti es produeix a través de processos d’evaporació de salmorres riques en minerals que es troben en llacs salats a gran altitud. Els perjudicis ambientals d’aquest tipus de mineria són el seu elevat consum d’aigua en zones on aquest bé hi és molt escàs, i la contaminació del sòl, l’aire i els recursos hídrics [14, 15]. El principal mètode alternatiu a la salmorra és l’excavació en minerals de roca dura. En aquest cas, per aconseguir el liti cal l’extracció dificultosa dels minerals, el seu escalfament, polvorització i combinació amb reactius químics. Un procés més costós tant energèticament com econòmicament i que també genera residus i emissions [16, 17].

En el darrer article vam veure que el liti era molt reactiu i no el trobàvem en estat pur a la natura. En termes ambientals, l’extracció d’aquests metalls és costosa i requereix molta energia, en alguns casos amb mètodes que poden emetre òxids de sofre, causants de les pluges àcides. Anant més enllà, aquestes noves dependències desembocaran inevitablement en conseqüències geopolítiques. Avui en dia Austràlia, la regió del Triangle del Liti a l’Amèrica llatina (vegeu la figura 4), i la Xina són els principals productors de liti [18]. Amb un 70% de la seva producció, la República Democràtica del Congo és, amb diferència, la principal productora de cobalt [19]. Pel que fa al níquel, Indonèsia, les Filipines i Rússia en lideren la producció [20]. La forta tensió extractiva d'aquests metalls pot derivar en greus conseqüències socials i econòmiques, amb el clar exemple del Congo, que presenta situacions alarmantment greus de condicions laborals, d’explotació infantil i corrupció. Fins a un 30% del cobalt produït al Congo prové de petites mines artesanals que vulneren flagrantment els Drets Humans [21, 22].

Figura 5. Treballadors d’una mina artesanal de cobalt a la República Democràtica del Congo. La corrupció, l’explotació infantil i laboral, l’elevada mortalitat per accidents... són a l’ordre del dia d’aquestes mines desregulades que proveeixen fins a un 20% de la producció mundial d’aquest metall necessari per a les bateries d’ió liti. Imatge de [23].

L’avaluació de l’impacte tampoc acaba amb la fi de la vida útil de la bateria. S’estima que la Unió Europea i els Estats Units no arriben a reciclar ni el 5% de les bateries, i és que el seu reciclatge també involucra processos energètics i econòmicament costosos. El problema s’agreujarà encara més d’aquí a uns quants anys quan hagin envellit les que estem començant a produir en massa avui: uns 11 milions de tones de bateries d’ió liti hauran acabat la seva vida útil el 2030 [24].

No és anecdòtic que els milers de bateries que no són degudament reciclades ja hagin estat batejades amb el nom de bateries zombis, pel risc que tard o d’hora acabin explotant. Aquesta hauria estat la causa de 250 incendis en instal·lacions de residus al Regne Unit l’any 2020 [25].

Posem-nos les piles

Estem abraçant els avantatges del “món recarregable”. Com totes les revolucions, aquesta apareix ara perquè les condicions ho propicien: les perspectives minvants envers el consum de combustibles fòssils i la disrupció de les bateries d’ió liti, que s’implanten amb força arreu per les seves qualitats, amb l’empenta definitiva de la indústria automobilística.

Figura 6. Supercarregador de Tesla a la Seu d’Urgell, inaugurat el 2018 (foto de [26]). Permet carregar el vehicle en qüestió de minuts en comptes d’hores.

Cal tenir present, però, que al mateix ritme que anem omplint les ciutats de vehicles elèctrics que no embruten l’aire dels seus carrers anem externalitzant el cost d’aquest benestar. L’augment d’una demanda d’electricitat que, avui dia, no es genera prou netament, l’impacte de la mineria, amb vulneracions inadmissibles dels Drets Humans, la preocupant manca de reciclatge, les emissions generades en la manufactura d’aquests productes... són qüestions irresoltes que no haurien de quedar invisibilitzades per les comoditats del món recarregable.

En el mentrestant, al món científic i a la indústria se li gira molta feina per optimitzar i fer més eficient i sostenible l’emmagatzematge d’energia.

En el mentrestant, també, cal que la societat i les seves institucions no mirin cap a un altre costat. Hem fet regulacions que impulsen aquest món recarregable sota l’etiqueta de “revolució verda”: la Unió Europea vol que circulin 30 milions de vehicles elèctrics de cara al 2030 [27], la Xina vol que l'any 2025 ocupin el 25% del mercat de vehicles nous [28], el Regne Unit prohibirà la venda de vehicles de benzina el 2030 [29]...

Cal, doncs, ser conseqüents i implementar unes mesures i un marc regulatiu que aportin sostenibilitat en termes mediambientals i humans, més enllà de l’augment de producció i l’engruiximent del PIB. Posem-nos les piles!

Referències

• [1] Imatge de la portada: Producció de liti a Jujuy, província de l'Argentina, Pixabay/Carlos Bohorquez. 
• [2] F. Koop, “What is the Paris Agreement? A breakdown on its importance”, ZME Science
• [3] International Energy Agency, Global EV Outlook 2019.
• [4] Eurostat.
• [5] Institut Català d’Energia. Balanç d’energia elèctrica de Catalunya.
• [6] Fraunhofer Insititute for Solar Energy Systems ISE, “Public Net Generation in Germany 2020: Share from Renewables Exceeds 50 percent”.
• [7] International Energy Agency, Global EV Outlook 2020.  
• [8] International Energy Agency, World Energy Outlook 2019.
• [9] Xu, Chengjian, et al. "Future material demand for automotive lithium-based batteries." Communications Materials 1.1 (2020): 1-10.
• [10] J. Desjardins, “Lithium: The Fuel of the Green Revolution”, Visual Capitalist.
• [11] A. Root, “Why Lithium Could Be a New Risk for Tesla and Other Electric-Vehicle Makers”, Barron’s.
• [12] E. Dickson, “Lithium Triangle”, Resource World Magazine.
• [13] I. Hilaly, “Bolivia’s Lithium Challenges its democracy and Environment”, IR Insider.
• [14]  S. Ahmad, “The Lithium Triangle: Where Chile, Argentina, and Bolivia Meet”, Harvard International Review.
• [15] E. Gonzalez, “Explainer: Latin America’s Lithium Triangle”, Americas Society / Council of the Americas.
• [16] C. Early. “The new “gold rush” for green lithium”, BBC.
• [17] SAMCO Technologies, “What is Lithium Extraction and How Does it Work?”.
• [18] Statista, “Major countries in worldwide lithium mine production from 2010 to 2020”.
• [19] Statista, “Distribution of cobalt production worldwide in 2020, by country”.
• [20] Statista, “Distribution of mine production of nickel worldwide in 2019, by country”.
• [21] G. Blogger and J. Campbell, “Why Cobalt Mining in the DRC Needs Urgent Attention”, Council on Foreign Relations.   
• [22] “The electric-car boom sets off a scramble for cobalt in Congo”, The Economist.
• [23] V. Walt, “Blood, Sweat, and Batteries”, Fortune.
• [24] M. Jacobi, “It’s time to get serious about recycling lithium-ion bateries”, Chemical & Engineering News.
• [25] B. Morris, “The explosive problema of “zombie” bateries”, BBC.
• [26] “La Seu d’Urgell estrena una zona recarga Tesla”, Motor al Día.
• [27] “EU to target 30 million electric cars by 2030 – draft”, Reuters.
• [28] “China wants new energy vehicle sales in 2025 to be 25% of all car sales”, Reuters.
• [29] R. Harrabin, “Ban on new petrol and diesel cars in UK from 2030 under PM's green plan”, BBC.