Asoma una revolución en la producción de baterías sostenibles
01 abril 2023
Un derivado de un material tan natural y abundante como la madera podría abrir un universo de posibilidades para producir baterías de forma más sostenible. Es la innovadora idea de dos empresas nórdicas que se proponen desarrollar a escala industrial la primera batería del mundo producida con carbono duro a base de lignina, un polímero natural que proviene, en este caso, de bosques gestionados de forma sustentable.
Se trata de la empresa sueco-finesa Stora Enso y la sueca Northvolt, que han asociado sus capacidades para crear una batería a base de madera. La primera es una de las mayores propietarias de bosques privados del mundo, con una larga experiencia en la industria maderera y de papel y la segunda, especializada en celdas y sistemas de baterías.
La lignina, procedente de la madera es la segunda macromolécula más común en la naturaleza detrás de la celulosa. Es una de las fuentes renovables de carbono más grandes del mundo. Se trata de un polímero que se encuentra en las paredes celulares de los árboles y de otras plantas. Los árboles se componen de 20 a 30% de lignina, donde actúa como un fuerte aglutinante natural y fuerte.
Una historia singular
Stora Enso Oyj produce lignina de forma industrial desde 2015, además de innumerables productos de origen forestal. La historia de Stora y su sucesora Stora Enso es singular: se trata de la empresa existente más antigua del mundo. De hecho ya existía en 1288, lo que muestra su extraordinaria capacidad de adaptación.
De ser el mayor productor mundial de cobre hasta el siglo XVII, ante la declinación de ese metal, se transformó en un importante productor de hierro en Europa, pero hacia fines del siglo XIX, se diversificó de la minería e incorporó la producción de pulpa y papel. En la década de los ’70 fue de las primeras mineras y siderúrgicas que cambió el enfoque hacia actividades relacionadas con la silvicultura.
A fines del siglo XX (1997) poseía 2,3 millones de hectáreas de bosque, de las cuales 1,6 millones de hectáreas en Suecia y el resto en Canadá, Portugal y Brasil y más recientemente en Uruguay (250.000 has). Fue de las empresas europeas pioneras en instalarse en China.
Desde 2006-07 comenzó a desprenderse de sus actividades en América del Norte e iniciar su apertura al Asia, con una fábrica de embalajes sostenibles en Pakistán. Desde entonces apuesta por las energías renovables, reduce su participación en los productos de papel e incrementa su rol en la producción de biomateriales y productos de construcción renovables como áreas de crecimiento.
En la actualidad tiene una capacidad de producción anual de la lignina es de 50.000 toneladas, lo que convierte a Stora Enso Oyj en el mayor productor de lignina del mundo. Desarrolla actividades en Finlandia, Suecia, China, Polonia, República Checa, Rusia, Alemania y Austria, además de actividades en Pakistán, Laos, Corea del Sur, Bélgica, Francia, España, Brasil, Uruguay y algunos países bálticos.
Hacia el futuro
En asociación con Northvolt exploran ahora la lignina como una nueva fuente de materia prima sustentable, que permita desarrollar baterías menos costosas y más eficientes, buscando un impacto positivo en la sociedad en la búsqueda de una movilidad ecológica.
En la nueva planta para materiales de carbono de base biológica, ubicada en Kotja (Finlandia), la lignina de Stora Enso es utilizada por Northvolt para fabricar los ánodos de las baterías (que hoy son de silicio o grafito no renovables), poniendo en el escenario mundial las biobaterías del futuro.
La lignina, un material abundante, natural, que no contamina, puede reemplazar los combustibles fósiles y los metales extraídos, que habitualmente componen las baterías de iones de litio con ánodos de grafito. Lauri Lehtonen, director de solución de baterías de lignina de Stora Enso, recuerda que “la lignina es el pegamento en los árboles que une las fibras de celulosa y también hace que los árboles sean muy rígidos”. Contiene carbono que es un componente vital del ánodo en las baterías que hoy son de grafito.
Los científicos e ingenieros de Stora Enso descubrieron que podían extraer la lignina del desecho de la pasta de celulosa que se producía en algunas de sus fábricas y hacer un material de carbono que reemplazara favorablemente los ánodos de las baterías.
Con miles de millones de dispositivos que almacenan energía en todo el Planeta sumado a la creciente demanda de autos eléctricos, la demanda global de las baterías es enorme y será explosiva. Las previsiones para los próximos años –dice Lehtonen– “son alucinantes”.
Se estima que para 2030 se requerirán miles de gigavatios hora (GWh) adicionales cada año en las existencias de baterías del mundo, en un momento en el mundo requiere terminar con los combustibles fósiles. Hay que recordar que las baterías de iones de litio actuales dependen en gran medida de esos combustibles y de procesos industriales y mineros que dañan el medio ambiente.
Por ese motivo desde Stora Enso confirman su carácter de empresa cuidadosa del medioambiente que como señalan en su Informe anual 2021, la empresa “conoce el origen de toda la madera que utiliza y el 100% procede de fuentes sostenibles“. Por otra parte recuerdan que toda la lignina que utiliza la empresa es “una corriente secundaria del proceso de fabricación de pasta” por lo que utilizarla no aumenta el número de árboles talados ni el volumen de madera utilizada en la fabricación de pasta.
Chelsea Baldino, investigadora del Consejo Internacional de Transporte Limpio, dice que mientras la lignina utilizada para la producción de ánodos se extraiga como un subproducto del proceso de fabricación de papel, no se talarán árboles adicionales para fabricar baterías.
Queda claro, sin embargo, que para fabricar ánodos a partir de lignina debe asegurarse que esa lignina también sea sostenible, advierten los expertos y que la industria que la elabora cumpla estándares de sostenibilidad. Hay que tener en cuenta que los bosques plantados no deben en ningún caso haberse implantado en desmedro del bosque natural.
Stora Enso destaca cinco beneficios de su tecnología renovable Lignode para enfrentar la transición energética: 1. Escalabilidad. Se puede producir a nivel industrial-comercial por la amplia disponibilidad de los árboles y otras fuentes de lignina; 2. Sostenibilidad a partir de bosques sustentables; 3. Renovabilidad. Se trata de un recurso abundante, renovable y de bajo costo; 4. Velocidad de carga más rápida (8 minutos) que las que están disponibles hoy en el mercado; 5. Operatividad. Por su capacidad de operar a temperaturas más frías allanan el camino futuro de los coches eléctricos, contribuyendo a solucionar el problema de sobrecalentamiento de las baterías actuales. El carbono a base de lignina podría emplearse no solo en productos electrónicos de consumo sino en diversos sistemas de automoción (automóviles, bicicletas y scooters eléctricos).
La lignina como reemplazante del grafito amaga con extenderse rápidamente por el mundo, en un contexto donde son innumerables los esfuerzos para promover un cambio global acelerado hacia la producción de energía libre de combustibles fósiles. También en Suecia otra empresa Ligna Energy, avanza con biobaterías y Bright Day Graphene, produce grafeno, otra forma de carbono, a partir de la lignina, con el mismo objetivo. Y en el oeste de Finlandia dos jóvenes investigadores han puesto en marcha la primera “batería de arena” que está completamente operativa y puede almacenar energía verde durante meses (Ver Más Azul n° 35, ago 2022, “Revolucionaria batería de arena podría impulsar las energías verdes”).
Son todos esfuerzos para resolver algunos de los grandes desafíos que plantean aún las energías renovables, como asegurar el suministro continuo durante todo el año, producir electricidad barata y baterías sostenibles y eficientes que permitan ir eliminando nuestra dependencia de los combustibles fósiles y de materiales no renovables.
Hay que recordar que solo Tesla prevé la extracción de un millón de toneladas de grafito para atender sus planes de desarrollo. Y que la fabricación de grafito sintético, por ejemplo, implica calentar el carbono a temperaturas de hasta 3000°C durante varias semanas, energía que a menudo proviene de centrales eléctricas de carbón.
La revolucionaria batería de lignina está previsto que esté en el mercado en 2025. Si los resultados de producir láminas de electrodos, que permitan reemplazar el grafito, se concreta exitosamente, el avance ambiental sería extraordinario ya que allanaría el camino a la producción de 20 millones de coches eléctricos al año, que prevé la industria y que reduciría significativamente el uso de combustibles fósiles.