¿Las baterías son la pieza que falta?

En la búsqueda de soluciones que permitan tener un sistema eléctrico libre de emisiones o, en su defecto uno net zero (que se capturen todas las emisiones que se emiten), y de electrificar el transporte, las baterías (en especial las de iones de litio) se han posicionado como la tecnología indispensable y la pieza faltante en el rompecabezas de la transición energética.  Las tecnologías solar y eólica se encuentran como punta de lanza de dicha transición, sin embargo, dichas tecnologías tienen un talón de Aquiles conocido por todos, la variabilidad e intermitencia a la que están sujetas. Es importante diferenciar estos dos conceptos para realizar un análisis correcto. Variabilidad se entiende como los cambios en la potencia de generación que se presentan a lo largo del día, es decir, el viento puede estar soplando durante las 24 horas pero no sopla a la misma intensidad. Por lo mismo, la potencia de las turbinas eólicas varía de acuerdo con la velocidad del viento. Lo mismo con los paneles solares si es que se nubla durante el día. Intermitencia en cambio, se entiende como la ausencia de recurso para producir energía. Como ejemplo es que los paneles solares no pueden producir en la noche porque no hay sol, o que cuando no hay viento las turbinas eólicas no producen.

Una vez entendida la diferencia, podemos comenzar a atacar los problemas. Actualmente la solución a la variabilidad son las plantas Hidroeléctricas o de combustibles fósiles que provean el respaldo. Sin embargo, en el futuro se habla de que las baterías serán capaces de reemplazar estas tecnologías y estaremos operando redes eléctricas 100% de energía solar y eólica. Dejando los temas de impactos ambientales de lado, esto requiere altas inversiones en baterías. Las cantidades varían pero en promedia se estima que se requieren de 20 días de capacidad de baterías para poder operar un sistema 100% “renovable”. Para el caso de México, esto significaría aproximadamente, una capacidad instalada utilizable de 8,987 GWh, lo que de acuerdo con la IRENA,  tendría un costo de $10,500 millones de dólares considerando la demanda actual.

Sin embargo, esta no es toda la historia, las baterías no son para siempre y dependiendo de los cuidados que se les den es que tan largo o corto pueda ser su ciclo de vida. Uno de los principales métodos de alargar dicha vida útil es no cargar las baterías más allá del 80% de su capacidad. Esto nos obligaría  a sobredimensionar el sistema, aumentando los costos a 13,200 millones de dólares. Pero por más que se cuiden, las baterías tiene un número determinado de ciclos carga-descarga, la intermitencia solar, obliga a que los ciclos sean diarios. Esto generaría que las baterías duren como máximo 5 años antes de tener que ser reemplazadas. Llevando el costo a cerca de 58,000 millones de dólares para un ciclo de vida de 20 años. Invertir ese dinero en plantas nucleares lograría 8.2GW, que produciría cerca del 20% del consumo eléctrico con la energía más limpia, con mínimo 80 años de posible operación.

Pero eso no es todo, además del bajo ciclo de vida, tenemos que considerar que no sólo utilizaremos baterías para almacenamiento a gran escala, sino también para coches eléctricos, y dispositivos electrónicos (celulares, computadoras etc). Las reservas actuales indican que tenemos suficiente litio para construir 2,500 millones de autos eléctricos. De acuerdo con IEA el net zero requiere 2,000 millones de autos eléctricos para 2050, lo que representa el 80% de las reservas mundiales de litio.

Pero aquí siempre se saca la carta del reciclaje “si reciclamos todo el litio no tendremos problemas de suministro”, sin embargo, se estima que para 2050, con grandes avance en las técnicas de reciclaje, podamos hablar de un máximo de 60%.

Pero asumamos que resolvemos todos estos problemas la pregunta que queda es, ¿Es la mejor opción? Para responder esto, es necesario introducir otro concepto, el de Retorno de la Inversión Energética o EROI, por sus siglas en inglés. Para que una fuente de energía sea “rentable” debe de dar mayor cantidad de energía que la que se inyecta para obtenerla. Como ejemplo pongamos la extracción de petroleó: operar las bombas para extraer el petróleo tiene un gasto energético, el cual lo realizamos porque el petróleo que sacamos tiene más energía de lo que nos cuesta operar la bomba. Desde un punto de vista físico, esta relación debe ser mayor de 1:1 ya que de lo contrario, invertimos más energía de la que obtenemos y tarde o temprano ese déficit terminará por agotar las reservas. Desde un punto de vista económico, se requiere al menos 7:1 para ser económicamente viable.

Lamentablemente, de acuerdo con un estudio publicado por el Canadian Center of Science and Education, en el Jorunal of Management and Sustainability el 23 de mayo de 2022, titulado “Full Cost of Electricity “FCOE” and Energy Returns “eROI”, los sistemas de páneles solares y eólicos, solamente pueden tener 1.3 y 12 días de almacenamiento respectivamente antes de volverse negativos energéticamente. Muy por debajo de lo necesario para operar el sistema.

Como vemos, las baterías de litio pueden ser una solución en sistemas aislados, pero como almacenamiento a gran escala de la red eléctrica, no hacen sentido ni económica, ni energéticamente.

Su aplicación, desde mi punto de vista debe de enfocarse en movilidad y dispositivos electrónicos. No hace sentido usarla como el principal “parche” a la variabilidad e intermitencia de las energías que erróneamente, se quieren convertir en la base (en lugar de ser un complemento) de nuestros sistemas eléctricos mundiales.   

2 Carbajales-Dale et al. (2014). Can we afford storage? A Dinamyc net energy analysis of renewable electricity generation supported by energy storage. Energy & environmental Science, 7(5). http://doi.org/10.1039/c3ee42125b