Reptes en vehicles elèctrics: matèries primeres crítiques
Els vehicles elèctrics són cada cop l’alternativa més fiable als vehicles de combustió, a causa del seu menor impacte ambiental i la seva millor eficiència energètica. La tecnologia associada a aquests vehicles és cada cop millor i els va convertint en més accessibles, en termes de disponibilitat i preu, tot això sumat a la creixent conscienciació publica sobre els efectes negatius de la contaminació de l’aire i del canvi climàtic.
Ara bé, un element clau en la fabricació de les bateries dels vehicles elèctrics són les matèries primeres que es necessiten, algunes d’elles critiques, com són el cobalt, el níquel, el liti i el manganès per a les bateries, i el platí per a les piles de combustible. Les quantitats de matèries primeres que seran necessàries per aconseguir una futura implantació generalitzada dels vehicles elèctrics dependran en gran manera de les tecnologies que s’utilitzin i del desenvolupament de tecnologies que permetin el reciclatge d’aquestes matèries primeres. Així mateix, a l’hora d’avaluar la sostenibilitat dels processos, cal contemplar les emissions ambientals associades a les extraccions dels minerals que permeten produir-les.
En aquest context, el Dr. Jordi Mas Peiró va realitzar la seva tesi doctoral al Departament d’Enginyeria Química i Ciència de Materials d’IQS School of Engineering, on ha fet un estudi exhaustiu de tots aquests aspectes relacionats amb les matèries primeres critiques emprades en les principals tecnologies de bateries elèctriques utilitzades en la indústria de l’automòbil. Sota el títol Matèries primeres crítiques per a vehicles elèctrics i tecnologies de bateries: riscos de subministrament i impacte en les perspectives estratègiques de la indústria, la tesi ha estat codirigida pel Dr. Rafael Gonzalez Olmos i pel Dr. Oriol Pou Ibar.
Projeccions de demandes de matèries primes
El Dr. Mas Peiró ha dut a terme la seva tesi seguint tres línies fonamentals de recerca, centrades en quatre tipus de vehicles elèctrics: els BEV (Battery Electric Vehicle) o elèctrics purs, els HEV (Hybrid Electric Vehicle), els PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) i els FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) o vehicles de pila de combustible, que generen electricitat a partir d’hidrogen.
La primera línia de recerca va estudiar les projeccions de demandes de matèries primeres crítiques considerant una implantació generalitzada de vehicles elèctrics de bateria – BEV – i vehicles elèctrics híbrids endollables – PHEV. Per a cada matèria primera – cobalt, níquel, manganès i liti – es van calcular els efectes potencials de les diferents tecnologies de bateria. A més, es van calcular les projeccions de reciclatge d’aquestes matèries primeres, per tal de determinar la viabilitat d’un enfocament d’economia circular en la seva reutilització i tractar de mitigar els riscos en la cadena de subministrament.
A la segona línia de recerca, el Dr. Mas Peiró va realitzar aquests càlculs de projeccions de demanda considerant la implantació generalitzada de vehicles elèctrics de pila d’hidrogen – FCEV, els quals requereixen platí com a catalitzador. Es van considerar diferents opcions de disseny de vehicles i diferents tecnologies de bateries i piles de combustibles, concloent que la producció de platí no seria suficient i que caldria esperar una escassetat en el seu subministrament.
Projecció d’electrificació de vehicles
Finalment, la tercera part de la recerca va consistir a determinar els efectes d’una electrificació de vehicles general a Europa, en termes d’emissions de CO2 i necessitats de matèries primeres, a partir de dades empíriques de perfils de conducció real, mitjançant equacions de simulació pròpies.
Com a conclusió, els resultats mostren que la producció de vehicles elèctrics i les matèries primeres crítiques necessàries continuen plantejant importants reptes mediambientals. D’altra banda, la comprensió del comportament de conducció d’una població es pot utilitzar per poder determinar el tipus de vehicle i la tecnologia adequats per minimitzar les emissions de CO2 i les necessitats de primeres matèries crítiques. A més, l’ús de tecnologies innovadores de bateries també pot contribuir a reduir les necessitats de primeres matèries crítiques i, per tant, les emissions de CO2 derivades de la seva extracció.
Publicacions relacionades
Jordi Mas-Peiró et al, Forecasting the Global Battery Material Flow: Analyzing the Break-Even Points at Which Secondary Battery Raw Materials Can Substitute Primary Materials in the Battery Production, Applied Sciences 2022, 12 (9), 4790
Jordi Mas-Peiró et al, Fuel ell Electric Vehicles: A Platinum and Other Raw Material Perspective Based in Vehicle Design and Technology Data, SAE International Journal of Sustainable Transportation, Energy, Environment, & Policy, September 2021
Jordi Mas-Peiró et al, Automotive Electrification Challenges shown by Real-World Driving Data and Lifecycle Assesment, Sustainability 2022, 14 (23), 15972
