A medida que se dispara la demanda de vehículos eléctricos, los científicos buscan materiales para fabricar baterías sostenibles. La lignina, el material que hace que los árboles sean leñosos, se perfila como un gran candidato.
Hace unos ocho años, un importante fabricante de papel de Finlandia se dio cuenta de que el mundo estaba cambiando. El auge de los medios digitales, el descenso de la impresión en oficinas y la disminución de la popularidad del envío postal, entre otros factores, significaban que el papel había iniciado un declive constante.
Stora Enso, en Finlandia, se describe como «uno de los mayores propietarios forestales privados del mundo». Como tal, tiene muchos árboles, que utiliza para fabricar productos de madera, papel y envases, por ejemplo. Ahora también quiere fabricar baterías para vehículos eléctricos que puedan cargarse en tan sólo ocho minutos.
La empresa contrató a ingenieros para que estudiaran la posibilidad de utilizar lignina, un polímero que se encuentra en los árboles. Dependiendo de la especie, alrededor del 30% de un árbol es lignina, mientras que el resto es celulosa.
«La lignina es el pegamento de los árboles que une las fibras de celulosa y hace que los árboles sean muy rígidos», explica Lauri Lehtonen, responsable de Lignode, la solución de Stora Enso para la fabricación de baterías a base de lignina.
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Materia prima para fabricar baterías sostenibles
La lignina, un polímero, contiene carbono. Y el carbono es un material excelente para un componente vital de las baterías, el ánodo. La batería de iones de litio de su teléfono tiene casi seguro un ánodo de grafito, que es una forma de carbono con una estructura en capas.
Los ingenieros de Stora Enso decidieron que podían extraer lignina de los residuos de pulpa que ya se producían en algunas de sus instalaciones y procesarla para fabricar un material de carbono para los ánodos de las baterías. Para ello, la empresa se ha asociado con la sueca Northvolt y tiene previsto fabricar baterías a partir de 2025.
Con cada vez más gente comprando coches eléctricos y almacenando energía en casa, se espera que el apetito mundial por las baterías aumente considerablemente en los próximos años. En opinión de Lehtonen, «la demanda está creciendo como la espuma».
Figura 1. Las fábricas de papel producen grandes cantidades de lignina residual, que puede utilizarse para otros fines, como la fabricación de componentes para baterías. Foto cortesía de BBC / Getty Images.
Los árboles ¿la gran solución para paliar la futura escasez de baterías?
Según la consultora de gestión McKinsey, en 2015 se necesitaron unos cientos de gigavatios hora (GWh) adicionales al año en todo el mundo, pero esta cifra se disparará a unos miles de GWh adicionales al año en 2030, a medida que el mundo se aleje de los combustibles fósiles. El problema es que las baterías de iones de litio de las que dependemos hoy en día dependen en gran medida de procesos industriales y minería perjudiciales para el medio ambiente. Además, algunos de los materiales de estas baterías son tóxicos y difíciles de reciclar. Asimismo, muchos proceden de países con un historial de derechos humanos lamentable.
Para fabricar grafito sintético, por ejemplo, hay que calentar el carbono a temperaturas de hasta 3.000ºC durante semanas. Según la consultora Wood Mackenzie, la energía necesaria para ello suele proceder de centrales eléctricas de carbón en China.
Por eso se buscan materiales sostenibles para las baterías. Algunos dicen que podemos encontrarlos en los árboles.
En general, todas las pilas necesitan un cátodo y un ánodo, los electrodos positivo y negativo, respectivamente, entre los que fluyen unas partículas cargadas llamadas iones. Cuando se carga una pila, los iones de litio o sodio, por ejemplo, pasan del cátodo al ánodo, donde se depositan como los coches en un aparcamiento de varias plantas, explica Jill Pestana, científica e ingeniera de baterías afincada en California que actualmente trabaja como consultora independiente.
«La principal propiedad que se busca en esta estructura de aparcamiento de un material es que pueda absorber fácilmente el litio o el sodio y dejarlo salir, y que no se desmorone», explica.
Cuando la batería se descarga para alimentar algo como un coche eléctrico, los iones vuelven al cátodo tras liberar electrones, que se mueven por el cable de un circuito eléctrico y transfieren energía al vehículo.
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La lignina tiene que demostrar que está a la altura
Según Pestana, el grafeno es un material «espectacular» porque funciona muy bien como ánodo fiable que permite este tipo de reacciones. Otras alternativas, como las estructuras de carbono derivadas del lignito, tienen que demostrar que están a la altura.
Sin embargo, hay muchas empresas que están explorando el potencial de la lignina en el desarrollo de baterías, como Bright Day Graphene en Suecia, que fabrica grafeno -otra forma de carbono- a partir de lignina.
Lehtonen ensalza las virtudes del material de ánodo de carbono de su empresa, que Stora Enso ha bautizado como Lignode. No quiere revelar exactamente cómo convierte la empresa la lignina en una estructura de carbono duro, ni cuál es esa estructura, salvo que el proceso consiste en calentar la lignina, pero a temperaturas muy inferiores a las necesarias para producir grafito sintético.
Una característica importante de la estructura de carbono resultante es que es «amorfa», o irregular, dice Lehtonen: «En realidad permite mucha más movilidad de los iones hacia dentro y hacia fuera».
Stora Enso afirma que esto les ayudará a fabricar una batería de iones de litio o de iones de sodio que pueda cargarse en tan sólo ocho minutos. Para los fabricantes de baterías para vehículos eléctricos, la carga rápida es un objetivo clave.
Para más información, visite: BBC / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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