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Minería de litio: cómo las nuevas tecnologías de producción podrían impulsar la revolución mundial de los vehículos eléctricos

El litio es la fuerza impulsora detrás de los vehículos eléctricos, pero ¿la oferta mantendrá el ritmo de la demanda? Las nuevas tecnologías y fuentes de suministro pueden llenar el vacío.

 

A pesar de las expectativas de que la demanda de litio aumentará de aproximadamente 500 000 toneladas métricas de equivalente de carbonato de litio (LCE) en 2021 a entre tres y cuatro millones de toneladas métricas en 2030, creemos que la industria del litio podrá proporcionar suficiente producto para abastecer a la floreciente Industria de baterías de iones de litio. Además de aumentar el suministro de litio convencional, que se espera que se expanda en más del 300 por ciento entre 2021 y 2030, la extracción directa de litio (DLE) y el litio directo al producto (DLP) pueden ser las fuerzas impulsoras detrás de la capacidad de la industria para responder más rápidamente a la creciente demanda. 

 

Aunque las tecnologías DLE y DLP todavía están en pañales y están sujetas a la volatilidad dado el crecimiento de la demanda y los plazos de entrega del «palo de hockey» de la industria, ofrecen una promesa significativa de aumentar la oferta, reduciendo la huella ambiental, social y de gobierno (ESG) de la industria, y de reducir los costos, con una capacidad ya anunciada que contribuye a alrededor del 10 por ciento del suministro de litio para 2030, así como a otros proyectos menos avanzados en trámite.

 

Sin embargo, satisfacer la demanda de litio no será un problema trivial. A pesar del impacto de COVID-19 en el sector automotriz, las ventas de vehículos eléctricos (EV) crecieron alrededor de un 50 por ciento en 2020 y se duplicaron a aproximadamente siete millones de unidades en 2021. Al mismo tiempo, la creciente demanda de EV ha hecho que los precios del litio se disparen alrededor de un 550 por ciento en un año: a principios de marzo de 2022, el precio del carbonato de litio había superado los $ 75 000 por tonelada métrica y los precios del hidróxido de litio habían superado los $ 65 000 por tonelada métrica (en comparación con un promedio de cinco años de alrededor de $ 14 500 por tonelada métrica).

Se necesita litio para producir prácticamente todas las baterías de tracción que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos, así como en la electrónica de consumo. Las baterías de iones de litio (Li-ion) también se utilizan ampliamente en muchas otras aplicaciones, desde el almacenamiento de energía hasta la movilidad aérea. Dado que el contenido de la batería varía según su combinación de materiales activos, y con las nuevas tecnologías de batería que ingresan al mercado existen muchas incertidumbres sobre cómo afectará el mercado de baterías a la demanda futura de litio. Por ejemplo, un ánodo de metal de litio, que aumenta la densidad de energía en las baterías, tiene casi el doble de requisitos de litio por kilovatio-hora en comparación con las mezclas actuales ampliamente utilizadas que incorporan un ánodo de grafito.

 

Entonces, ¿habrá suficiente litio para cubrir las necesidades de un nuevo mundo electrificado? Como se discutió en nuestro artículo reciente, «El desafío de las materias primas: cómo el sector de metales y minería será el núcleo para permitir la transición energética», será crucial llegar a una respuesta considerada y comprender todo el contexto de oferta y demanda para todos los actores a lo largo de la cadena de valor: empresas mineras, refinerías, fabricantes de baterías y automotrices OEM.

 

Factores de demanda de litio

 

Durante la próxima década, McKinsey pronostica un crecimiento continuo de las baterías de iones de litio a una tasa compuesta anual de aproximadamente el 30 por ciento. Para 2030, los vehículos eléctricos, junto con los sistemas de almacenamiento de energía, las bicicletas eléctricas, la electrificación de herramientas y otras aplicaciones que consumen mucha batería, podrían representar entre 4000 y 4500 gigavatios-hora de demanda de iones de litio.

 

No hace mucho, en 2015, menos del 30 por ciento de la demanda de litio era para baterías; la mayor parte de la demanda se dividió entre cerámicas y vidrios (35 por ciento) y grasas, polvos metalúrgicos, polímeros y otros usos industriales (más del 35 por ciento). Para 2030, se espera que las baterías representen el 95 por ciento de la demanda de litio, y que las necesidades totales crezcan anualmente entre un 25 y un 26 por ciento para llegar a 3,3 millones a 3,8 millones de toneladas métricas de LCE.

 

Futuro suministro de litio

 

Con esta creciente demanda, ¿debería el mundo preocuparse por el suministro futuro de litio? En 2020, se produjeron un poco más de 0,41 millones de toneladas métricas de LCE; en 2021, la producción superó los 0,54 millones de toneladas métricas (un aumento interanual del 32 por ciento). Nuestro análisis de caso base actual ve una demanda de litio de 3,3 millones de toneladas métricas o una tasa de crecimiento compuesta del 25 por ciento. Debido a los cortos plazos de entrega asociados con la nueva producción de litio, solo tenemos una visibilidad de 2,7 millones de toneladas métricas de suministro de litio en 2030. Esperamos que el resto de la demanda se cubra con las ampliaciones greenfield y brownfield recientemente anunciadas.

 

Actualmente, casi toda la extracción de litio ocurre en Australia, América Latina y China (lo que representa un 98 por ciento combinado de la producción en 2020). Una cartera de proyectos anunciada probablemente introducirá nuevos jugadores y geografías en el mapa de la minería de litio, incluidos Europa occidental y oriental, Rusia y otros miembros de la Comunidad de Estados Independientes (CEI). Esta base de capacidad informada debería ser suficiente para que la oferta crezca a una tasa anual del 20 por ciento para llegar a más de 2,7 millones de toneladas métricas de LCE para 2030 (Anexo 3).

 

Si bien las previsiones de demanda y oferta indican una industria equilibrada a corto plazo, existe la posible necesidad de impulsar nuevas capacidades para 2030. Se prevé que las fuentes adicionales de litio necesarias para colmar la brecha de suministro procedan de proyectos de minerales y salmueras convencionales en fase inicial, de recursos aún desconocidos y de salmueras no convencionales, como las geotérmicas o las de yacimientos petrolíferos. Mientras tanto, se espera que nuevas tecnologías como la DLE y la DLP impulsen la recuperación y la capacidad. Además, el uso de mineral de embarque directo (DSO) podría ayudar a mitigar el riesgo de desabastecimiento a corto plazo, como lo hizo en 2018.

 

Activos convencionales en fase inicial

 

Desde países productores de litio bien establecidos como Australia, Chile, China y Argentina, hasta países con recursos y reservas recientemente cartografiados como México, Canadá, Bolivia, Estados Unidos y Ucrania, pasando por lugares que no suelen asociarse con el litio como Siberia, Tailandia, el Reino Unido y Perú, la exploración de yacimientos convencionales de «oro blanco» está teniendo lugar en todo el mundo. Esperamos anuncios sobre nuevas capacidades potenciales en 2022, a medida que algunos de estos proyectos en fase inicial sean viables. Este nuevo potencial incluye salmueras convencionales con concentraciones de entre 200 y 2.000 partes por millón (ppm), así como activos de roca dura, en los que son comunes grados de 0,4 a 1,0 por ciento de litio.

 

Salmueras no convencionales (geotérmicas, salmueras de yacimientos petrolíferos)

 

El potencial adicional proviene de depósitos no convencionales: salmueras geotérmicas y de yacimientos petrolíferos con grados de 100 a 200 ppm. La primera opción se centra en proporcionar tanto energía geotérmica limpia como suministro de litio. Aunque todavía no se ha demostrado nada a escala comercial, ya hay proyectos confirmados financieramente en Europa y América del Norte con algunos activos en fase inicial. Prevemos que, con el desarrollo de la tecnología y la prueba de los conceptos, aparecerán más operaciones geotérmicas de salmuera de litio en el mapa mundial, con algunas empresas OEM y de automoción que ya apoyan activos menos avanzados. Algunos ejemplos son el Grupo Renault, Stellantis y General Motors, que han firmado asociaciones estratégicas y acuerdos de compra con proyectos de litio geotérmico en Europa y Norteamérica.

 

Además, los proyectos en Norteamérica se centran en la extracción de litio de las aguas residuales de los campos petrolíferos. Aunque suele ser de baja calidad, puede ser una base de recursos adicional si se dispone de la tecnología adecuada.

 

Extracción directa de litio

 

Para que las salmueras geotérmicas o de yacimientos petrolíferos tengan éxito como fuente de suministro de litio, será necesario un proceso probado para la DLE. Hay varias empresas que están probando diversos enfoques de DLE. Aunque sus ideas difieren, el concepto sigue siendo el mismo: dejar que la salmuera fluya a través de un material de unión de litio mediante procesos de adsorción, intercambio de iones, separación por membranas o extracción con disolventes, seguido de una solución de pulido para obtener carbonato de litio o hidróxido de litio.

 

La prometedora tecnología DLE está siendo considerada actualmente no sólo por actores no convencionales sino también por empresas que tradicionalmente desarrollan activos de salmuera «típicos». La DLE tiene varios beneficios potenciales, entre ellos:

 

  • eliminar/reducir la huella de las balsas de evaporación
  • reducir los tiempos de producción en comparación con la explotación convencional de salmueras
  • aumentar las recuperaciones de alrededor del 40 por ciento a más del 80 por ciento
  • utilizar menos agua dulce, que puede ser uno de los factores decisivos a la hora de solicitar una concesión minera en una región con escasos recursos hídricos
  • utilizar menos reactivos y apostar por mayor pureza del producto (en términos de magnesio, calcio y boro) en comparación con las operaciones de salmuera convencionales

 

Hasta la fecha, sólo se ha utilizado la DLE por adsorción a escala comercial, en Argentina y China. Si la DLE puede ampliarse y extenderse a los activos de salmuera, impulsará las capacidades existentes mediante el aumento de las recuperaciones y la reducción de los costes de explotación, al tiempo que mejorará los aspectos de sostenibilidad de las operaciones.

 

Litio directo al producto

 

Al igual que la DLE, la tecnología DLP pretende contener sólo el litio metálico en un polímero, para luego extraer el litio a un tubo electrolizador y convertirlo en un producto final de litio. Si tiene éxito, este proceso potencial para la producción de litio podría tener un impacto significativo en el suministro.

 

Envío directo de mineral

 

Otra opción para cubrir el riesgo de desabastecimiento a corto plazo, en caso de que se retrase el despliegue de nuevas capacidades, es el suministro de DSO al mercado. Este concentrado de espodumeno de baja calidad puede introducirse en el mercado en un plazo muy breve (menos de un año en el caso de un proyecto de tipo «brownfield»), y las ventas resultantes contribuirían a la construcción de una planta de procesamiento de espodumeno a gran escala. La refinación de DSO es más costosa y desafiante, pero el 2018 proporcionó un ejemplo de cómo se puede hacer. En medio de un panorama de precios altos y un entorno de mercado desabastecido, las refinerías chinas importaron concentrados de espodumeno de Australia por debajo del 1,5% de óxido de litio (0,7% de litio) para abastecer las necesidades del mercado.

Reutilizar y reciclar

 

Una pregunta frecuente es si las baterías de iones de litio pueden reciclarse. Con una vida útil prevista de entre diez y quince años para los vehículos de pasajeros, y la posibilidad de ampliar la vida útil de las baterías de los vehículos eléctricos mediante su uso en el sector del almacenamiento de energía, se espera que el reciclaje de las baterías aumente durante la presente década, pero no hasta niveles que cambien la situación. Dependiendo del proceso de reciclaje empleado, es posible recuperar entre el cero y el 80% del litio contenido en las baterías al final de su vida útil. Para 2030, se espera que este suministro secundario represente algo más del 6% de la producción total de litio.

 

Riesgo de sustitución

 

Otra cuestión que se plantea es si el litio puede ser sustituido. La mayoría de las aplicaciones de almacenamiento en red tienen una cola de tecnologías más o menos desarrolladas que podrían hacer la tarea: flujo redox de vanadio, aire de zinc, azufre de sodio, níquel de sodio, etc. Sin embargo, actualmente no existe ningún sustituto del litio para satisfacer las demandas del sector de la movilidad. La única alternativa potencial es el ión de sodio, que, cuando esté totalmente listo para su uso, sólo podrá abordar aplicaciones de bajo rendimiento. Teniendo en cuenta lo anterior, hay poco riesgo de que la demanda de litio disminuya de aquí a 2030.

 

¿Qué vendrá después?

 

Entonces, ¿obtendrá el mundo suficiente litio para la próxima revolución de los vehículos eléctricos? Creemos que sí, pero hay que tomar medidas específicas en cada nivel de la cadena de valor del litio:

 

  • Financiación de nuevas tecnologías. Por ejemplo, la DLE puede impulsar la producción de litio a partir de salmueras convencionales aumentando los niveles de recuperación. También puede permitir la producción de litio a partir de activos en los que el litio está actualmente «bloqueado», como las salmueras geotérmicas o de yacimientos petrolíferos.
  • Exploración de nuevos proyectos. En 2021, casi el 90% de la extracción de litio tuvo lugar en sólo tres países (Australia, Chile y China). La expansión a otras regiones en busca de nuevas fuentes de litio puede contribuir a desarrollar una nueva base de recursos para la minería.
  • Alerta temprana de las necesidades de los fabricantes. Dependiendo de cómo se desarrollen las tecnologías de las baterías, la industria necesitará más carbonato de litio o hidróxido de litio. Por ello, los usuarios finales, como los fabricantes de equipos originales y los que se dedican a la fabricación asistida por ordenador, pueden ayudar señalando con antelación las especificaciones de los productos y los volúmenes de litio necesarios. Anunciar estas necesidades con suficiente antelación dará a los mineros del litio el tiempo necesario para adaptarse.

 

Este artículo ha sido escrito por Marcelo Azevedo, Magdalena Baczyńska, Ken Hoffman y Aleksandra Krauze, y ha sido publicado originalmente en McKinsey & Company. Ha sido traducido y publicado por GĚRENS en abril de 2022.

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