Gran perspectiva
La búsqueda de nuevas fuentes de energía como alternativas ambientalmente más amigables frente a otras fuentes tradicionales produjo durante los últimos 25 años dos estrellas que ya dejaron de ser promesas para terminar definiendo el rumbo tecnológico del Siglo XXI: las celdas de combustible y las pilas y baterías de litio. Centraremos el análisis en estas últimas, debiendo realizar las siguientes generalizaciones para avanzar con los razonamientos:
• En este artículo se hará referencia a las “baterías” o a las “pilas”, entendiéndose siempre: “pilas y baterías”, pero teniendo en cuenta que usualmente la bibliografía indica “baterías” cuando existen dos o más pilas conectadas eléctricamente entre sí.
• Las “baterías” serán consideradas de “litio”, abarcando al litio en todas sus formas:
o Litio metálico, conformado las baterías de litio primarias, no recargables. Estas son usadas típicamente en relojes, calculadoras, etc.
o Ión litio, conformando las baterías de litio secundarias, recargables. Se pueden encontrar ejemplos de su uso en teléfonos celulares, computadoras portátiles, etc. Este tipo de baterías incluye a las baterías de polímero de litio.
Durante la corta existencia de las baterías de litio, sus usos se han ido ampliando constantemente, principalmente en equipos electrónicos portátiles, gracias a su mayor energía y duración respecto a los otros tipos de pilas. La creciente demanda de estas fuentes de energía comenzó a requerir pilas cada vez más chicas y poderosas. De esta forma, pudieron ser aplicadas a teléfonos celulares, cámaras fotográficas digitales, computadoras portátiles, juguetes, sillas de ruedas, dispositivos médicos, artefactos militares, etc.
Los automóviles no podían quedarse afuera de estos avances. En los últimos años las Compañías automotrices desataron una feroz carrera por desarrollar unidades propulsadas por baterías de litio y unidades híbridas, capaces de ser propulsadas tanto por dichas baterías como por hidrocarburos.
En Argentina, por ejemplo, se ha anunciado a comienzos de este año el acuerdo entre la compañía minera australiana Orocobre y Toyota Tsusho (1), controlada en un 21.8% por la automotriz Toyota y con vínculos comerciales con Sanyo y Panasonic, para desarrollar la extracción de carbonato de litio en el Salar de Olaroz, provincia de Jujuy.
Para tener idea de la magnitud, el proyecto presentado por Orocobre a la Secretaría de Minería de la Nación comprende la inversión final de alrededor de 100 millones de dólares, con la creación de entre 160 y 200 puestos de trabajo y la producción de 15000 toneladas de carbonato de litio por año. Actualmente la producción de carbonato de litio en Argentina se encuentra en unas 10000 toneladas anuales, producto de la explotación en el Salar del Hombre Muerto,, en la provincia de Catamarca, por parte de la e4mpresa Minera del Altiplano (subsidiaria de la empresa norteamericana FMC Corporation). (9)
En China, uno de los tres países que abarcan el 97 % de la producción mundial (los otros dos países son Chile y Argentina), los especialistas estiman que para este año la producción de carbonato de litio podría llegar a las 60000 toneladas (2). Se entiende entonces el gran interés estratégico por el yacimiento en el Salar de Olaroz.
No es casualidad que las grandes potencias se disputen ahora este preciado metal, al cual numerosos autores lo denominaron “oro blanco”, a través de las grandes empresas tecnológicas.
Por mencionar ejemplos concretos en el continente asiático, a Japón le interesa conservar la vanguardia en la producción de computadoras portátiles, cámaras digitales, teléfonos móviles, y ahora también de automóviles.
China, en cambio, se prepara para montar a la revolución del litio con otra perspectiva: tomar la delantera tecnológica en la fabricación de vehículos en una era post motor a combustión (la última crisis económica internacional originada en los Estados Unidos favoreció la extinción de los grandes y pesados automóviles norteamericanos propulsados con motores a combustión frente a los autos medianos). De esta forma, no tendrían que adquirir el expertise desarrollado durante el siglo XX con este tipo de propulsión, y podrían aprovechar los grandes yacimientos de carbonato de litio que poseen (3)(4).
Las fuentes de energía a base de litio se están imponiendo en el mundo. El consumo está creciendo explosivamente año tras año en un mercado que se expande a más de un 20% anual (5). Esto trae a su vez aparejado el crecimiento del transporte.
Un “oro” no tan noble
Sin consumo no hay transporte. Y si hay transporte de baterías de litio entonces hay riesgos particulares.
En 1998, el Comité de Expertos en Mercancías Peligrosas de las Naciones Unidas (el Comité) comenzó a tener en cuenta a el avance de la tecnología del litio en su aplicación a las baterías, e introdujo en el Libro Naranja el concepto de “Contenido de Litio Equivalente” como una medida de la capacidad de las baterías (11). Este concepto era utilizado para definir criterios para exceptuar de las reglamentaciones de transporte a algunas baterías por su baja capacidad. Posteriormente, en la última edición del Libro Naranja se adoptó al número de Watts hora en reemplazo del “Contenido de Litio Equivalente”, ya que aquel es más fácil de calcular y de interpretar (12).
Estas baterías tienen la capacidad de generar una gran cantidad de calor e incluso generar un incendio si son dañadas, mal embaladas o mal construidas. De acuerdo con el Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT), de todas las baterías de litio, primarias y secundarias, aproximadamente 1 de cada 10 millones presenta fallas que pueden provocar accidentes (6). La probabilidad de un accidente parece ínfima, microscópica, pero el riesgo seguirá siendo importante debido al gran volumen que es transportado y, principalmente, a las consecuencias catastróficas que podría llegar a tener un vuelo que cargue una sola batería fallada capaz de generar un accidente aéreo. Si se tiene en cuenta que solamente en el año 2008 han circulado alrededor de 3300 millones de pilas y baterías por todos los medios de transporte en todo el mundo (13), la cantidad de pilas y baterías que presentan altas posibilidades de accidentes por estar defectuosas es más que interesante. Nadie subiría a un avión si tuviera la certeza de que allí mismo hay también una pila o batería de litio que va a ser la causa de su caída.
Estudios realizados por la Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos (FAA) revelaron que estos materiales impactan negativamente en la seguridad en el transporte debido a los siguientes factores (7 )y (8):
1. Presentan una temperatura de autoignición que podría ser alcanzada fácilmente en caso de incendio de alguna otra carga que se encuentre en la misma bodega. Una vez superada esa temperatura reaccionan más violentamente que una pila o batería común.
2. Un incendio de baterías de litio es más difícil de combatir con los medios de extinción utilizados en las bodegas de carga de los aviones, especialmente las baterías primarias.
3. En el caso de las baterías primarias, el contenido de litio metálico puede ser liberado en estado fundido durante el sobrecalentamiento de la batería, con la posibilidad de alcanzar y afectar a las estructuras de los compartimientos de carga del avión.
4. En el caso de las baterías secundarias o de ión litio, el sobrecalentamiento de la misma conduce a la liberación de la mezcla líquida inflamable que contiene a los electrolitos debido al aumento de presión en el interior del dispositivo. Esto implica dos consecuencias:
• El líquido liberado será fácilmente atacado por las llamas durante un incendio,
• La repentina liberación del líquido inflamable está asociada a un pulso de presión que se produce en el interior de la batería durante el sobrecalentamiento. Si el dispositivo de alivio no funciona correctamente, el pulso de presión que empuja al líquido hacia fuera puede ser tan fuerte como para hacer estallar la batería. Y estas explosiones también pueden afectar a la estructura de la bodega.
Pero hasta el momento los mencionado referente a los riesgos con baterías de litio ha sido teniendo en cuenta una hipotética situación de incendio en una bodega que contenga a esta carga, de modo que aunque no generen el incendio pueden llegar a ser sumamente peligrosos. Pero no hemos tenido en cuenta que también pueden generar el sobrecalentamiento sin ser inducidos por ningún incendio o fuente externa.
La causa “natural” más común de ese sobrecalentamiento son los cortocircuitos que se producen en las baterías (6). Una vez que sucede, al aumentar la temperatura se van disparando distintas reacciones exotérmicas en el interior que favorecen un aumento mayor de temperatura y por lo tanto también de la presión. Todo termina en la liberación del contenido y la posibilidad de que ocurra una explosión e incendio.
Pero por qué puede ocurrir un cortocircuito en una pila de litio?
Puede ser por la contaminación del dispositivo durante el proceso de fabricación o por problemas en el diseño de la pila o de la batería, los cuales pueden incluir daños físicos debidos a golpes o perforaciones, no solamente problemas o errores de fabricación.
Estos casos son de cortocircuitos internos, pero también puede haber cortocircuitos externos, por ejemplo por contacto de un electrodo o de una terminal con un objeto metálico externo. En estos casos también se produce el sobrecalentamiento.
Considerando tanto los cortocircuitos internos como los externos, la DOT calculó que estos abarcaron al 72-73 % de las causas de incidentes que involucraron pilas o baterías de litio entre los años 1991 y 2008 (6)
Seguramente abusos por parte de los usuarios también podrían generar sobrecalentamiento, por ejemplo durante los procesos de carga o de descarga, o por activaciones involuntarias del equipo que contenga a las pilas o baterías.
La gota que rebalsó el vaso
La mayoría de los incidentes contabilizados tuvieron consecuencias leves, con una rápida acción por parte del personal interviniente.
Un accidente famoso que involucró pilas de litio fue el incendio del avión de UPS al arribar al aeropuerto de Filadelfia, Estados Unidos, el 7 de febrero de 2006. No hubo que lamentar víctimas fatales pero fue necesaria la acción del personal de emergencias del aeropuerto y el personal de apoyo de la línea aérea y de las instalaciones afectadas. El avión quedó totalmente destruído.
La causa exacta del accidente no pudo ser identificada por el Panel Nacional de Seguridad en el Transporte (NTSB) de los Estados Unidos, debido a que la evidencia necesaria para su esclarecimiento fue destruída completamente durante el siniestro. Los investigadores no encontraron evidencias de explosión o de un incendio de altas temperaturas, suficientes como para derretir componentes de acero. Tampoco detectaron que el causante haya sido el sistema eléctrico, ya que en el lugar de mayor daño no había restos del sistema eléctrico, y las anomalías que se presentaron en los sistemas de control de vuelo fueron registradas por la tripulación minutos después de que esta detectara olor a quemado (10).
Sin embargo pudo determinarse que en la carga había numerosos aparatos electrónicos que contenían pilas de litio secundarias, y que estos se encontraban en las posiciones de carga en las que el incendio se originó.
Si bien los investigadores no pudieron determinar fehacientemente si la causa del siniestro estuvo en esas pilas de litio contenidas en los equipos, su aparición en escena se sumó a todos los demás incidentes causados por pilas de litio y registrados a nivel mundial. Y teniendo en cuenta que la tendencia mundial en cuanto a accidentes con pilas de litio venía en aumento (de la mano del incremento su fabricación y consumo), el del avión de UPS fue la gota que rebalsó el vaso.
Como consecuencia de la investigación, la NTSB recomendó al Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT) que se eliminaran las exenciones regulatorias para el embalado, marcado y etiquetado de cargas de pequeñas baterías de litio secundarias hasta tanto no sea completado un análisis de las fallas de las mismas y hasta que se hayan determinado las acciones adecuadas para disminuir los riesgos para el transporte de estos materiales. Es decir: que todas las pilas y baterías de litio pasen a ser tratadas de la misma forma a los efectos de realizar un transporte aéreo (excepto pilas extremadamente chicas, del tamaño aproximado de un botón).
Esto está siendo implementado por la Administración de Seguridad de Conductos y Materiales Peligrosos (PHMSA) de los Estados Unidos por medio de una nueva norma, la cual estará vigente en breve (13). La misma ha recibido numerosas voces de protesta, entre ellas de la Asociación de Baterías Recargables Portátiles (PRBA) de los Estados Unidos, la cual nuclea a los principales fabricantes mundiales de pilas (14). El principal argumento es la certeza de un impacto negativo importante para la economía estadounidense, ya que la adaptación a la nueva norma implicaría un costo aproximado de 1000 millones de dólares, las demoras en la importación de insumos críticos para áreas como la medicina, y la pérdida de puestos de trabajo debido a la relocalización de centros de distribución por la imposibilidad de importar por avión las baterías de litio.
Como siempre ocurre, se interponen los aspectos económicos ante cualquier medida que apunte a la seguridad. Los aspectos económicos no pueden ser descartados a la hora de implementar este tipo de medidas.
Pero cuantos recursos es necesario invertir en seguridad?
En un extremo tenemos la pérdida de fuentes de trabajo, barreras logísticas (y por lo tanto dificultades en el abastecimiento de insumos críticos) y pérdida de competitividad de numerosas empresas ante el boom energético que representan las pilas de litio. En el otro extremo, la posibilidad de un desastre aéreo. En el medio: una pila de litio entre tantas miles de millones, que es defectuosa, que produce un cortocircuito y que puede generar un incendio en la bodega de carga del avión.
La línea divisoria entre ambos extremos es demasiado delgada.
1. Toyota participará de la extracción de litio en Jujuy, Oliver Galak. La Nación, Argentina, 21 de enero 2010.
2.Global and China Lithium Carbonate Industry Report, 2008-2010. http://www.researchinchina.com/
3. Cristina espera que el yuyo la saque del pantana fiscal, Jorge Oviedo. La Nación. Argentina. 24 de enero de 2010.
4. Japan and China fight it out for right to mine lithium under Bond’s battlefield, Leo Lewis. The Times. Inglaterra. 15 de junio de 2009.
5. “El litio, el nuevo petróleo que promete revolucionar el mundo de los commodities”, Martin Burbridge. http://www.elcronista.com/
6. Enterprise Lithium Battery Action Plan. US DOT, PHMSA. www.safetravel.dot.gov/action_plan.pdf
7. Flammability Assessment of Bulk-Packed, Nonrechargeable Lithium Primary Batteries in Transport Category Aircraft, Harry Webster. Documento DOT/FAA/AR-04/26 del Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT)
8. Flammability Assessment of Bulk-Packed, Rechargeable Lithium-Ion Cells in Transport Category Aircraft.H arry Webster. Documento FAA/AR-06/38 del Departamento de Transporte de Estados Unidos (DOT).
9. Los Proyectos Vienen Marchando. Emiliano Grasso, Revista Tecnoil, Nº 318.
10. Aircraft Accident Report - Inflight Cargo Fire, United Parcel Service Company Flight 1307, McDonnell Douglas DC-8-71F, N748UP, Philadelphia, Pennsylvania. February 7, 2006. Documento NTSB/AAR-07/07/ PB2007-910408 / Notation 7772C del Panel Nacional de Seguridad en el Transporte (NTSB) de Estados Unidos.
11. Recomendaciones para el Transporte de Mercancías Peligrosas, Reglamento Modelo, de las Naciones Unidas. Edición 11, Capítulo 3.3, Disposición Especial 188.
12. Documento ST/SG/AC.10/C.3/2005/13, presentado por la Asociación de Baterías Recargables Portátiles (PRBA) de los Estados Unidos, ante el Comité de Expertos en el Transporte de Mercancías Peligrosas, de las Naciones Unidas, en Abril de 2005, para enmendar la Edición 13 del Libro Naranja.
13. Documento Docket No. PHMSA–2009–0095 (HM–224F), emitido por la Administración de Seguridad de Conductos y Materiales Peligrosos (PHMSA) de los Estados Unidos el 11 de enero de 2010.
14. PRBA Urges PHMSA to Reject Lithium Battery Rulemaking And Adopt Internationally Recognized Transport Regulations. Asociación de Baterías Recargables Portátiles, 16 de marzo de 2010.
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