Tierras raras para la revolución del transporte eléctrico

Durante la próxima década los automóviles eléctricos habrán sustituido de manera significativa a los automotores de gasolina y diésel, eliminando las recurrentes crisis ambientales que ahora agobian a las grandes urbes causadas por las emisiones de gases de combustión de hidrocarburos y nano partículas sulfuradas de los automotores convencionales.

Así como a principios del siglo veinte los automotores de gasolina liberaron a las grandes ciudades de la contaminación del transporte con caballos, cien años después estamos viviendo una revolución hacia los vehículos eléctricos. Hace poco más de cien años Nueva York era movida por 120 mil caballos que deponían en sus calles más de mil toneladas diarias de estiércol y orina de olores nauseabundos y vectores de enfermedades respiratorias y tifoidea. Hoy se sufren enfermedades pulmonares, gastrointestinales y degenerativas, causadas por las emisiones de millones de motores de gasolinas y diésel, las mismas que además agravan el cambio climático del planeta.

La CDMX destaca ahora debido a que logró 50 mdd del G40 reunido aquí hace unos días para masificar el transporte eléctrico y su Seciti impulsa fuerte un programa de taxis eléctricos y la minería urbana de chatarra electrónica de tierras raras. El Conacyt y la Sener impulsaron la creación de un laboratorio nacional de tierras raras incluyendo geología, minería, metalurgia y fabricación de baterías eléctricas, tanques de hidrógeno y pilas de hidrógeno (hydrogen fuel cells) entre otros dispositivos.

La prevalencia de los vehículos eléctricos sobre los de hidrocarburos se anticipa observando la enorme variedad de iniciativas de fabricación de automóviles eléctricos en todo el mundo, liderados por las principales armadoras. Globalmente ya hay cerca de 2.5 millones de coches eléctricos circulando principalmente en Europa, Estados Unidos, China y Japón. Este año, el 33 por ciento de los autos vendidos en Noruega han sido eléctricos.

No es posible todavía anticipar cuál diseño de automotores eléctricos prevalecerá, porque la innovación tecnológica avanza por muchas vertientes. Predominan ahora los automotores eléctricos impulsados por una gran batería que se carga en el domicilio de los usuarios, o en centros de carga que hacen las veces de las gasolineras actuales. Se han logrado baterías con autonomía cercana a 200 km entre carga y recarga, una gran limitante, frente a los más de 600 km de autonomía de muchos vehículos de gasolina. Otra limitación es la lentitud de recarga de las baterías, que tarda de 2 a 5 horas. Los retos de hoy son aumentar la autonomía y bajar el tiempo de recarga.

Las baterías tienen además que superar el reto del escalamiento desde el mercado de elite que ahora define a los automotores eléctricos y proyectarlo hacia las grandes masas de consumidores. Prevalecen ahora las baterías de iones de litio, que aparte del litio tienen cobalto, níquel y manganeso. El litio es muy escaso en la corteza terrestre donde Chile, Bolivia, China, Argentina y Australia concentran el 96 por ciento de las reservas mundiales, que no serían suficientes para soportar la masificación de los automotores eléctricos. El cobalto también es escaso, caro y su minería en África es inhumana. Las tierras raras lantano, cerio, neodimio y praseodimio pueden sustentar la masificación de baterías eléctricas. A diferencia del litio o el cobalto, las tierras raras son mucho más abundantes en la corteza terrestre. La geología de México contiene tierras raras en Oaxaca y el altiplano.

El hidrógeno es también un insumo altamente prometedor para lograr masificar los automotores eléctricos. El hidrógeno es convertible en electricidad en pilas de hidrógeno. Las pilas de hidrógeno son muy parecidas a las baterías eléctricas: tienen ánodo-cátodo-electrolito. El hidrógeno al fluir a través del electrolito, que es poroso, genera potencia eléctrica entre el ánodo y el cátodo. La única emisión que producen las pilas de hidrógeno es el vapor de agua producto de la oxidación del hidrógeno.

El rendimiento del hidrógeno en las pilas de hidrógeno es notable: 6 Kg de hidrógeno producen autonomía para 500 km de un automotor mediano. El hidrógeno sería muy explosivo y peligroso si se transportara como gas o líquido dentro de un vehículo. Afortunadamente, el hidrógeno puede almacenarse con mucha seguridad mediante su adsorción en forma de hidruros en polvos de aleaciones de algunas tierras raras como lantano, cerio e itrio y níquel. Los polvos de estos compuestos de tierras raras se colocan dentro de tanques a muy baja presión. Al estar el hidrógeno adsorbido en forma de hidruros sobre la superficie de estos compuestos, los tanques que los contienen son muy seguros, y almacenan hasta 6 kg de hidrógeno dentro de un tanque de 50 litros de polvo.

La liberación del hidrógeno adsorbido para su consumo en las pilas de hidrógeno se realiza, de manera controlada, mediante el calentamiento selectivo por zonas del tanque a temperaturas entre 150 y 300 grados. A temperatura ambiente el hidrógeno permanece adsorbido a la superficie de los polvos de forma estable y segura. Si los polvos se derramaran durante un percance, no ocurriría ninguna explosión ni daño al ambiente, porque las tierras raras son de baja toxicidad.

Además de los polvos para los tanques de hidrógeno, los electrodos de las pilas de hidrógeno se fabrican también con tierras raras, entre las que destacan: lantano, gadolinio, samario, cerio, neodimio y praseodimio.

Recientemente la prestigiada revista Nature reportó sólidos avances de investigación de alto potencial para sustentar la producción masiva de hidrógeno con electrolisis solar en bancos de agua, mares o drenajes. Los paneles fotovoltaicos, que han reducido sustancialmente sus costos de producción en las últimas dos décadas, pueden emplearse para producir hidrógeno mediante la electrolisis del agua. El hidrógeno también puede producirse con excedentes de energía eléctrica, eólica, nuclear o gas natural.

En tiempos de crisis por las fuertes amenazas de la contaminación ambiental y el calentamiento global, la revolución del transporte eléctrico está ya en puerta. Será una de las revoluciones tecnológicas más benéficas y oportunas que haya vivido la humanidad.