Battery war: Líder canadiense y el intenso mercado mundial

"Todo el mundo está luchando por poner pilas entre las ruedas"

NET ZERO 02 de septiembre de 2023 Benchmark / CLUBminero

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Electromovilidad. Toda una trama detrás de LFP

Benchmark entrevistó a Dan Blondal, director ejecutivo del desarrollador canadiense de cátodos Nano One, para analizar el desarrollo de la producción de cátodos LFP (Lithium Ferrum Phosphate) fuera de China.

 ¿Puede explicar por qué hay tanto interés ahora en las baterías de fosfato de hierro y litio o LFP?
LFP es el cátodo más seguro, más duradero y de menor costo, pero su adopción durante la última década se limitó principalmente a China, donde no había restricciones de patentes. Realmente despegó cuando China dejó de incentivar las alternativas de cátodos NMC ricos en níquel y cuando los paquetes de baterías LFP comenzaron a rivalizar con los NMC en densidad de energía y alcance. China ahora fabrica casi todos los LFP del mundo, y es su química dominante para las baterías de iones de litio. Sin embargo, la última de las patentes clave está venciendo y LFP está de vuelta en el juego para América del Norte, Europa y la región del Indo Pacífico.

¿Qué significa la Ley de Reducción de la Inflación (IRA) para la LFP y la cadena de suministro de cátodos? ¿Ha cambiado tu perspectiva?
La IRA ha tenido un profundo impacto en el ecosistema de baterías en todo el mundo. La inyección de capital estadounidense y los incentivos fiscales del IRA son enormes y están teniendo efectos en cadena en Canadá, la UE y Asia. Ha acelerado la planificación y ha dado luz verde a algunos proyectos importantes. Y, sin embargo, muchas decisiones están en suspenso mientras las partes interesadas (grandes y pequeñas) esperan mayor claridad y opinan sobre las compensaciones y la implementación de los principios clave del IRA, a saber, la creación de empleo, la seguridad nacional y el medio ambiente. Sin embargo, Nano One puso en marcha sus planes antes de que se introdujera la IRA y nuestra perspectiva sigue siendo la misma. Creemos que podemos ser competitivos en costos con los actores extranjeros y al mismo tiempo cumplir con los imperativos ambientales, las cadenas de suministro amigables y la necesidad de un despliegue rápido. Nuestro proceso one pot permite esto para níquel,

¿Qué le hace pensar que la LFP se puede realizar fuera de China?
Los materiales para cátodos LFP ciertamente se pueden fabricar en América del Norte y otras regiones, pero deben ser más limpios, más ecológicos, más eficientes y más rápidos. Y deben ser más baratos. Esto requerirá innovación y colaboración.
En Nano One, nuestro proceso de un solo recipiente es una plataforma de producción flexible para una amplia gama de materiales de cátodos, y lo estamos utilizando para cambiar la forma en que se fabrica el LFP, así como los cátodos a base de níquel y manganeso, conocidos como NMC y LNMO. Elimina los residuos y los gases de efecto invernadero que se generan en China, reduce la complejidad de la fabricación, se desvincula de sus cadenas de suministro y, lo más importante, también es competitivo en costos. Y al asociarnos con actores grandes y con ideas afines, podemos establecer cadenas de suministro seguras y diseñar plantas que puedan otorgarse licencias a muchos y escalarse rápidamente para satisfacer la demanda proyectada.

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De hecho, las primeras toneladas de LFP comenzaron en Canadá en 2005, gracias al inventor original, el Dr. Goodenough, a nuevas innovaciones en Hydro Québec y la Universidad de Montreal, y a su primer licenciatario, Phostech Lithium, en Candiac, Québec. La planta de Phostech pasó a ser propiedad de Johnson Matthey Battery Materials Canada, que adquirimos en 2022 como plataforma de lanzamiento para nuestro LFP de un solo recipiente.
La instalación Candiac de Nano One es la única planta de LFP fuera de Asia y ahora se está volviendo a poner en servicio para LFP de un solo recipiente. El equipo tiene más de 10 años de experiencia operativa y de ampliación en la producción de LFP para clientes automotrices de primer nivel. Contamos con permisos vigentes y planes de expansión en marcha para realizar demostraciones a mayor escala. Candiac literalmente aceleró nuestros planes de comercialización durante años y nos dio una enorme ventaja en la carrera por impulsar la LFP.

¿Canadá obviamente tiene una larga historia en baterías y minerales críticos, ¿qué está impulsando esto?
 Ubicación, ubicación, ubicación. Canadá tiene la suerte de ser el vecino norteño y rico en recursos de Estados Unidos con un acuerdo de libre comercio sólido y de larga data. Los dos países tienen una cadena de suministro automotriz integrada y Estados Unidos es la economía mundial más grande y está en rápida transición hacia la energía limpia. Canadá tiene acceso a energía renovable, limpia y de bajo costo con minerales críticos en nuestro patio trasero. Contamos con una fuerza laboral altamente educada, políticas de inmigración cruciales, un marco de minería responsable y estándares ambientales de clase mundial. Nuestro gobierno tiene programas envidiables que apoyan a las empresas a través de la innovación en las primeras etapas, la temida brecha de comercialización, el financiamiento de proyectos y el desarrollo de exportaciones, todo mientras atrae inversión extranjera.
Y tenemos a Québec, que lleva más tiempo invirtiendo en el ecosistema de las baterías que nadie excepto Japón. Y Ontario, con su sector de fabricación de automóviles bien establecido e integrado. Y mi provincia natal en Columbia Británica, donde una próspera cultura empresarial condujo a la comercialización de las primeras baterías de iones de litio y pilas de combustible, que catalizaron programas académicos de talla mundial e investigadores pioneros de costa a costa.
 La producción y las inversiones de cátodos continúan centrándose en Asia, particularmente en China. ¿Cuáles son los principales desafíos para Europa y América del Norte a la hora de desarrollar la capacidad para respaldar sus cadenas de suministro?
China ciertamente domina la producción de baterías y cátodos y controla una gran parte de la cadena de suministro que la alimenta. Las inversiones allí han sido muy estratégicas durante la última década, superando a cualquier otro lugar del mundo y permitiéndoles un dominio considerable en todo el sector. En ninguna parte esto es más obvio que en el caso de las baterías LFP, donde China controla el 99% de los cátodos LFP del mundo, lo que representa el 60% de su mercado de baterías.
Es un enorme desafío emular esto en Europa y América del Norte, donde todos luchan por poner baterías entre las ruedas y dependen de la experiencia y las cadenas de suministro asiáticas. Esto se está produciendo mientras los países intentan fomentar e implementar soluciones de fabricación de baterías, materiales, refinación y minería de cosecha propia que eventualmente deben competir con cadenas de suministro con una ventaja de 10 años. Es obvio que las naciones deben invertir billones como lo ha hecho China, pero el trabajo pesado y las oportunidades competitivas residen en hacerlo mejor, más barato y con una huella ambiental mucho más ligera.

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Tenemos el beneficio de la retrospectiva, que es la ventaja del segundo paso, pero debemos racionalizar la extracción de recursos y al mismo tiempo aceptar la tecnología, sus promesas y sus riesgos. Debemos hacerlo colectivamente y con un propósito, debemos ser administradores de nuestro medio ambiente y nuestros preciosos recursos, y debemos hacerlo teniendo en mente una escala masiva, escalas que nos harán pensar como la industria petroquímica. Para tomar prestada una frase maravillosa de nuestro socio Rio Tinto: empezar poco a poco, pensar en grande y avanzar rápido.



 ¿Hablando de Rio Tinto, hicieron una inversión estratégica en Nano One en 2022 y usted agregó otra asociación en 2023 con el pionero de las baterías LFP con sede en Michigan, Our Next Energy (ONE). ¿Cómo ves estas relaciones?
 Curiosamente, el núcleo de la producción de LFP es el hierro. China es el único país con grandes cantidades de relaves de sulfato de hierro (un subproducto industrial) que utilizan para producir LFP, con muchas desventajas medioambientales. Al aprovechar los polvos de hierro-metal de calidad automotriz de clase 1 fabricados en Canadá y fácilmente disponibles de nuestro socio estratégico, Rio Tinto, estamos desarrollando una cadena de suministro de hierro para LFP que funciona con energía renovable sin desperdicios ni aguas residuales. . Es más limpio, más barato y creemos que es la ruta más rápida hacia el cumplimiento de la IRA y la LFP 100 % fabricada en América del Norte. Esta es la visión que unió a Rio Tinto y Nano One. Nuestra asociación con Our Next Energy, con sede en Michigan, encaja perfectamente en este plan porque sus orígenes en el A123 les brindan la experiencia de desarrollo y producción local que Estados Unidos tanto necesita. Están desarrollando baterías LFP de largo alcance y alta densidad de energía, y nuestras estrategias de expansión están alineadas con las de ellos en la construcción del mercado norteamericano. A finales de este año volveremos a poner en funcionamiento la planta de Quebec para LFP de un solo recipiente y comenzaremos la evaluación y calificación con nuestros socios. Creemos que esto mitigará la incertidumbre de la cadena de suministro, cumplirá con los imperativos de localización y permitirá que los OEM automotrices y el almacenamiento de energía renovable cumplan con sus mandatos de cero emisiones netas con la adopción rápida y a gran escala de LFP.

Nano One también anunció asociaciones de desarrollo conjunto con Umicore y BASF. ¿Cuál era el propósito de estos acuerdos?
Estas colaboraciones son importantes para nosotros. Nuestros esfuerzos con Umicore y BASF tienen como objetivo fabricar las formulaciones patentadas de materiales catódicos a base de níquel y manganeso de cada parte utilizando el proceso de un solo recipiente de Nano One. Nuestro objetivo es reducir los costos, la complejidad, la huella ambiental y la intensidad energética y, más que nunca, aprovechar los insumos locales y reducir la dependencia de cadenas de suministro inciertas. Tener programas de desarrollo de NMC y LNMO con grandes actores globales en el espacio diversifica nuestras perspectivas comerciales y demuestra la flexibilidad de nuestro proceso integral y el potencial de concesión de licencias y colaboración. Los resultados positivos podrían conducir a pruebas piloto, concesión de licencias y producción comercial, y nos sentimos alentados por el trabajo que se está llevando a cabo.

 En el centro de todo esto, siempre hay que reducir el desperdicio y la complejidad. ¿Se puede ampliar al respecto? ¿Dónde ocurre la mayor parte de esto y cómo puede cambiar?
Los residuos se presentan en forma de energía, productos químicos, agua, logística de transporte y uso de la tierra. Cuando esta industria inició la etapa comercial de su viaje a finales de los años 80, los volúmenes de producción eran bajos y el desperdicio resultante era insignificante, lo que no causó alarma. Sin embargo, estos procesos no se diseñaron con los volúmenes necesarios para el futuro neto cero, un futuro que necesitará 500 millones de toneladas de capacidad catódica.

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A medida que las líneas de producción crecen, se alargan, se ensanchan y se aceleran, el volumen de materiales que se envían, los requisitos de uso de la tierra y los desechos que se generan se convertirán en importantes impedimentos para el crecimiento, particularmente a medida que la producción se traslade a jurisdicciones con estándares ambientales más estrictos, y ahí radica la oportunidad generacional que Nano One pretende abordar.

 ¿Puede darnos un repaso sobre los conceptos básicos del desperdicio de batería?
Los materiales activos catódicos se fabrican principalmente en China, con materias primas de sulfato metálico que se procesan químicamente para obtener precursores metálicos mixtos, conocidos como material activo catódico precursor o PCAM. La necesidad de estos sulfatos metálicos y la costosa logística de su envío está obligando a la industria a ubicar sus refinerías e instalaciones de procesamiento junto con la producción de PCAM, lo que complica las relaciones en la cadena de suministro, limita el lugar donde se pueden construir estas instalaciones y resulta muy difícil permitir permisos.
Esto se debe a que el proceso PCAM genera grandes cantidades de aguas residuales y subproductos de sulfato de sodio, donde el sulfato por sí solo es 3 veces mayor que la corriente de producto. Los residuos son aún mayores cuando se recicla.
Si bien los residuos de sulfato se han reutilizado tradicionalmente en detergentes, fertilizantes y materiales de construcción, los excesos de producción de PCAM abrumarán estos mercados. Su solubilidad impide que se acabe en vertederos en todos los lugares del planeta excepto en los más secos, y su eliminación en ríos y océanos no es una opción escalable. Reciclar sulfato de sodio en sosa cáustica y ácido sulfúrico tiene un costo prohibitivo en términos de CAPEX e intensidad energética. Esto no está alineado con las ambiciones globales de cero emisiones netas para 2050 ni con la forma en que queremos utilizar nuestros preciosos recursos energéticos, tierra y agua. Luego, el PCAM se mezcla con carbonato o hidróxido de litio y se procesa térmicamente para obtener polvos catódicos antes de aplicar los recubrimientos en un tratamiento térmico final. El procesamiento térmico consume mucha energía, el CAPEX es elevado y domina la huella física de la planta.

¿Cómo abordan estos problemas los procesos de Nano One?
El proceso de un solo recipiente de Nano One es intrínsecamente flexible y permite fabricar cátodos a partir de una gama de materias primas libres de sulfatos fácilmente disponibles, que representan una quinta parte del peso de envío de los sulfatos y utilizan una fracción del agua sin subproducto sulfato. Esto elimina la necesidad de ubicar refinerías junto con la producción de cátodos, facilita la obtención de permisos y permite la fabricación distribuida en paquetes de terreno más pequeños, lo que proporciona considerables ventajas ambientales, económicas, de seguridad y de asociación sobre los métodos tradicionales.

En el proceso de un solo recipiente, todos los reactivos (incluidos el litio y los materiales de recubrimiento) se combinan en un solo reactor a temperatura y presión ambiente y se les permite reaccionar. La suspensión resultante se seca y, como ya está litiada, se puede procesar térmicamente rápidamente utilizando hornos más pequeños, más eficientes y más productivos. La simplicidad del sistema de un solo recipiente permite reducir los CAPEX y OPEX al eliminar los pasos del proceso, el manejo de aguas residuales y la generación de todos los desechos de sulfato. Los recubrimientos también se forman simultáneamente con estructuras monocristalinas para mejorar la durabilidad y reducir la huella ambiental.

One-pot permite la producción de cátodos a partir de diversas materias primas metálicas para baterías, incluso directamente a partir de polvos metálicos sin sulfato de clase 1, como hierro y níquel, y las entradas de litio pueden estar en forma de carbonato o hidróxido. Esta flexibilidad permite un suministro más localizado y elimina la necesidad de conversiones ascendentes de metales en sulfatos metálicos y de carbonato de litio en hidróxido de litio, lo que reduce la inversión en infraestructura requerida, la logística y los GEI asociados.

 Por último, se habla de baterías de estado sólido, baterías de iones de sodio y otras medidas que sustituirán a las tradicionales baterías de iones de litio. ¿Nano One está trabajando en materiales para baterías de próxima generación?
Estas tecnologías son muy necesarias y las acogemos con agrado, pero no sustituirán a las baterías de iones de litio. Más bien, abordarán un conjunto cada vez más amplio de necesidades de almacenamiento de energía, complementando y, con suerte, aliviando la carga global sobre los iones de litio y sus cadenas de suministro. Tenemos un historial comprobado de reconocimiento y liderazgo de tendencias en materiales para baterías a largo plazo y nuestros equipos, en Columbia Británica y Quebec, colaboran e innovan continuamente para reducir los desechos, las emisiones, la complejidad y los costos transformando los procesos y las cadenas de suministro para que puedan ser ampliado y sostenible para el futuro neto cero.

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