Opinión


Evolución energética y tecnologías a base de Litio

Evolución energética y tecnologías a base de Litio | La Crónica de Hoy

Dr. Fabián Ambriz Vargas*

La curiosidad por entender la energía siempre ha estado presente en la humanidad. Tanto, que las antiguas civilizaciones (griegas y egipcias) ya observaban con asombro la capacidad de la naturaleza para producir y/o almacenar energía, por ejemplo, en los rayos de una tormenta eléctrica o en las descargas eléctricas de las anguilas. De hecho, fue el sabio Tales de Mileto (alrededor del año 500 a.C.) quien a través de sus experimentos con ámbar demostró lo que hoy se conoce como “electricidad”. Sin embargo, fue hasta finales del siglo XIX (1900s) que la relación de la humanidad y la electricidad se volvió más estrecha, debido al inicio de la actividad comercial de la compañía norteamericana “Edison Illuminating company” encargada de suministrar energía a los hogares en ese entonces. A partir de ese momento, el uso de la electricidad se diversifico, pasó de ser empleada solamente como una fuente de iluminación a ser el componente esencial para energizar electrodomésticos, dispositivos electrónicos, así como los medios de transporte.

Se prevé que la sinergia entre la humanidad y la energía se mantenga en continua evolución, y con ello la posibilidad de futuros avances tecnológicos y energéticos, como el surgimiento de las primeras ciudades inteligentes en las cuales se contempla la implementación de tecnologías de la información y la comunicación (TIC), para permitir una conexión efectiva entre sistemas y/o dispositivos con los servicios urbanos, al mismo tiempo que garantizarán un desarrollo sostenible, la preservación del medio ambiente, y el abastecimiento energético de la población. Esto último dependerá del conocimiento de la humanidad para crear novedosas tecnologías que sean capaces de asegurar la generación, almacenamiento y transporte de la energía eléctrica.

En el campo energético, existen ya sistemas de almacenamiento y liberación de energía eléctrica, llamadas comúnmente baterías. Estos son dispositivos que se emplean de manera versátil, por ejemplo, para energizar a los automóviles híbridos o eléctricos con la finalidad de asegurar cero emisiones de CO2 durante su operación, o en la industria de la microelectrónica, en la cual son responsables de energizar a los actuales dispositivos portátiles. El funcionamiento de las baterías es posible debido a que están compuestas por átomos de litio cuya difusión a través de los componentes internos les permite generar la energía eléctrica que los dispositivos requieren.

La generación de energía por medio de reacciones químicas es una tecnología que continua ganando la atención de la industria automotriz, y microelectrónica, así como en una escala global. Por ejemplo, la producción de baterías de litio en Estados Unidos de América ha sido declarado un tema de interés nacional. Además, con el actual refuerzo del “acuerdo de París del 2015 sobre mitigación del cambio climático” se proyecta una drástica reducción de emanaciones de CO2. Se promueve que grandes compañías y diferentes gobiernos contemplen una transición de las energías combustibles hacia energías alternativas (baterías) o renovables, iniciando por ejemplo con el reemplazo de flotillas de automóviles convencionales por autos eléctricos.

Siendo este el escenario, se prevé que en los siguientes años habrá una revolución en las baterías eléctricas. De manera más específica se espera el nacimiento de baterías con un desempeño superior, incluyendo grandes capacidades de energía eléctrica (alta densidad energética y de potencia), bajos costos y un largo tiempo de funcionamiento.

El papel de México en la presente carrera por el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía a base de litio será fundamental. Según estudios de finales del año 2019, México cuenta con yacimientos significativos de Litio, algunos sitúan a estos yacimientos entre los más grande del mundo. Aunque se ha señalado que el mineral de Litio de México se encuentra asociado a arcillas, lo cual complicaría el proceso de extracción, esto no ha limitado que industrias del sector minero que cuentan con la tecnología necesaria (BACANORA Lithium- Ganfeng Lithium) inicien sus planes de extracción de Litio. Por otro lado, el Gobierno de México, ya ha puesto en marcha una estrategia para convertirse en un país productor de Litio y sus subproductos, esta estrategia consiste en recibir asesoría en la producción de Litio (por ejemplo, de Bolivia, que cuenta con amplia experiencia en la extracción de Litio), así como la apertura de las primeras plantas de producción de baterías de Litio.

En el sector científico, uniéndose a la actual carrera tecnológica de sistemas y dispositivos a base de Litio, el Centro de Investigaciones en Óptica A.C. (CIO) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) creó a inicios del año 2020 el grupo interdisciplinario CIOLI, conformado por expertos en diversas áreas de la ciencia que incluyen la óptica, fotónica, microelectrónica, energía y materiales. El objetivo del grupo CIOLI es innovar desde un enfoque óptico y multidisciplinario en temas relacionados con los actuales sistemas de almacenamiento de energía base Litio. A un año de la creación del grupo CIOLI en el CIO, ya puso en marcha un proceso de producción, inspección y evaluación de baterías de litio. Dicha línea de producción permite fabricar a nivel laboratorio prototipos de baterías similares a las que actualmente se emplean en la industria automotriz, así como en la industria de la microelectrónica. Debido a la naturaleza interdisciplinaria de los miembros del grupo CIOLI, hoy en día se están llevando a cabo el siguiente portafolio de proyectos de investigación:

  •  Desarrollo de un proceso de evaporación física asistido con láser para la fabricación de electrodos. La ventaja este proceso con respecto al que se emplea en la industria es que reduce drásticamente la generación de desechos químicos además de asegurar una mejor calidad en el aspecto químico y microestructural de los electrodos.
  •  Desarrollo de un proceso basado en sensores ópticos para monitorear la temperatura de las baterías eléctricas. Esto con el objetivo de identificar el momento crítico antes de la catástrofe de una batería (dirigido particularmente a industria automotriz).
  •  Desarrollo de un proceso fotolitográfico para llevar a cabo la producción de microbaterias base Litio. Permitirán la continua miniaturización de los dispositivos electrónicos.
  •  Acoplamiento de sistemas de almacenamiento de energía en sistemas fotovoltaicos. Con el propósito a aumentar el alcance de los paneles solares.

Como se ha descrito, los avances en las tecnologías energéticas a base de Litio prometen ser un componente esencial en la diversificación y mejora de los actuales sistemas de generación y almacenamiento de energía.

 

*El Dr. Fabián Ambriz Vargas estudió la licenciatura en Ciencia en Ingeniería de los materiales en el Instituto Politécnico Nacional. Posteriormente realizó la maestría en Ciencias de los materiales, en la misma institución. Fue acreedor de una beca por parte del gobierno de Quebec para realizar el doctorado en Ciencias de la Energía y los Materiales en el Institut National de la Recherche Scientifique, Varennes-Canada. Una vez culminado su doctorado, realizó dos años de estancia postdoctoral en el Centro de Investigación de Plasma de la Universidad de Concordia (Montreal, Canadá). Actualmente es Investigador en el área de Almacenamiento de Energía del CIO y es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I.

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