Baterías de segunda vida de vehículo eléctrico: reutilización en aplicaciones estacionarias

Las baterías de segunda vida (de vehículo eléctrico), aquellas que al llegar a su fin de vida en movilidad se preparan para un nuevo uso estacionario, van a suponer, en un futuro cercano, no solo una necesidad medioambiental, sino también el auge de un nuevo mercado.

La evolución durante los próximos años de las ventas de vehículos eléctricos (VE), establece un crecimiento continuado y unos volúmenes mucho más que significativos en el horizonte cercano. Según el USABC (US Advance Battery Consortium), el “fin de vida de una batería” se define como una caída de un 20% de la capacidad de la misma desde su capacidad nominal (I). Desde una visión alternativa de esta misma definición, puede decirse que las baterías de VE que hayan alcanzado su final de vida (para su uso en movilidad) retienen aún una capacidad del 80% de su capacidad nominal.

Distintos estudios han estimado ya la futura disponibilidad potencial de baterías de VE “retiradas” de su uso móvil. Así, las estimaciones más conservadoras indican que en 2030 existirán entre 3,6GWh (1) y 5 GWh (2), mientras que las más optimistas hablan de 17,6GWh (1) y 32,3 GWh (2). Y si las condiciones son especialmente favorables, otros autores indican cifras de 15 TWh en 2050 (3).

Si atendemos a las ventas de VE (producidas hasta 2018), y aplicamos una capacidad media ponderada de baterías de cada modelo de VE por sus ventas, con un promedio de 8 años de vida en movilidad (igual a la garantía ofrecida por los fabricantes actualmente), el cálculo arroja una disponibilidad de 4.526 MWh de capacidad de almacenamiento disponible en 2026.

 

Necesidad del uso de las baterías de segunda vida
Considerar las baterías de los VE como un residuo cuyo mejor destino será el reciclaje de materias primas básicas (minerales) y/o su desecho como residuo, sería no solo un enorme error medioambiental sino también económico.

Al reciclar el litio de una batería, por ejemplo (utilizando costosas instalaciones y grandes cantidades de energía), solo obtendremos un 2-7% respecto al peso total de una batería y, sin embargo, obtendremos una gran cantidad de materiales sin ningún valor económico (por ejemplo, grafito). En el otro lado, si consideramos el segundo uso de una sola batería (por ejemplo, un Nissan Leaf de 24 kWh) que, al final de su vida en movilidad pueda retener un 80% de su capacidad (19,2 kWh) y en la cual considerando un 80% de profundidad de descarga, podrá suministrar unos 15 kWh con los que podremos realizar servicios de carga y descarga con ratios bajos (0,5C) durante años. Este segundo uso de la batería proporcionará un mayor empleo de renovables, peak shaving, así como múltiples servicios primarios y/o secundarios a la red.

Por lo tanto, las baterías de segunda vida están preparadas para un nuevo uso estacionario, y supondrá un futuro cercano, no solo una necesidad medioambiental sino también un mercado y oportunidad económica que haríamos mal en soslayar.

En la actualidad y desde hace algunos años, se han desarrollado importantes proyectos que han demostrado la viabilidad, capacidad técnica y tecnológica, y bondades económicas de las aplicaciones de la segunda vida de las baterías. Adicionalmente a proyectos “in front of the meter”, también hay relevantes desarrollos para producto doméstico y “behind the meter”.

 

Cadena de valor de las baterías de segunda vida
Tal vez la principal dificultad a la que se enfrenta el potencial mercado de la fabricación de baterías de segunda vida es la falta de estandarización de componentes y arquitectura de las baterías de VE; dado que cada fabricante utiliza sus propias celdas, packs y electrónicas de control para las mismas. De hecho, estas diferentes arquitecturas no solo son distintas entre sí, sino mutuamente excluyentes en términos de compatibilidad en la mayoría de las ocasiones.

Asumiendo entonces que se seleccionan adecuadamente las baterías que van a utilizarse para una segunda vida, y que se prepara el proceso de manufactura de las mismas en base a su configuración, este tendría, al menos, las siguientes fases:

1. Desmantelamiento de la batería del VE y obtención de sus módulos.
2. Test, determinación de sus parámetros fundamentales (SOH, SOC) y caracterización, clasificación y trazabilidad de los módulos.
3. Ensamblaje del nuevo producto de segunda vida (previo, por supuesto, diseño, prototipación y certificación).

Existe un proceso industrial alternativo mediante el cual se utilizarían las baterías completas de VE sin separarlas en sus componentes (módulos o packs) más pequeños, incorporando una o varias baterías a un sistema de almacenamiento modular. Esta alternativa es muy válida para aplicaciones de mediana o gran escala en las que se busque una reducción adicional de los costes de fabricación. Sin embargo, tiene, actualmente, algunas barreras relacionadas con el acceso a la electrónica de control de dichas baterías por parte de actores distintos del fabricante del vehículo (OEM).

 

Usos e impacto de las baterías de segunda vida
Las aplicaciones de la segunda vida no distan, en absoluto, de las atribuibles a las baterías de primera vida diseñadas y fabricadas específicamente para un uso estacionario. Sin embargo, el impacto de su utilización si tiene aspectos específicos que merecen ser comentados:

1. Reducción de costes de los sistemas de autoconsumo con almacenamiento de alto aprovechamiento renovable. Las baterías de segunda vida tienen un coste menor que las baterías nuevas, incluso si calculamos el coste relativo del euro por kWh “trasegado” por una batería nueva, respecto al de una batería de segunda vida durante sus respectivos periodos de vida esperada. 
   Si tenemos en cuenta que los sistemas de almacenamiento como respaldo a las fuentes de energía renovable pueden duplicar el aprovechamiento y eficiencia de las mismas, podemos concluir que el uso masivo de baterías de segunda vida en el futuro puede ser uno de los vectores que aporte una enorme reducción de costes.
2. Impacto medioambiental. No requiere demasiada explicación la idea de conseguir que millones de toneladas de baterías de vehículos eléctricos en el futuro puedan revalorizarse, retrasando muchos años el momento en el que tendrán que ser destruidas y reciclados sus componentes económicamente viables (en el mejor de los casos).
3. Impacto económico derivado de la creación de una industria y mercado de baterías de segunda vida. La cadena de valor industrial que la reutilización de las baterías de VE para su uso en aplicaciones de segunda vida puede crear en términos de puestos de trabajo, capacitación de mano de obra, inversiones en bienes de equipo, mercado de distribución e instalación de dichos equipos, así como para la industria manufacturera auxiliar (metalmecánica para las envolventes, electrónica para las PCBs, etc.) es fundamental.

 

Acciones necesarias para impulsar una industria nacional y el uso de las baterías de segunda vida
El mercado de las baterías de segunda vida se constituirá como una colaboración de distintos actores. Se tendrán que poner en juego distintas actuaciones y políticas estratégicas relacionadas con la cadena de valor industrial y de mercado, con el fin de asegurar que se consigue todo el potencial de las baterías de segunda vida. Por ello será necesario:

• Asegurar una transferencia fácil y justa de la responsabilidad del reciclaje. 
• Reducir la complejidad logística para promover el posmercado de baterías
• Clasificar las baterías de segunda vida como nuevo producto. 

 

Se debe promover la trazabilidad y la identificación de la batería
Un registro nacional (y europeo) de las baterías y un etiquetado estandarizado podrían ayudar a reducir los costos de reciclaje al disminuir la complejidad de la clasificación, resolver el problema de las baterías huérfanas, acelerar el proceso de reutilización y reducir los tiempos de prueba, dado que el estado de salud de la batería y su histórico de uso podría estar disponible digitalmente.

El reciclaje de baterías de VE debe de seguir siendo estricto y los objetivos de recuperación deben revisarse (radicalmente al alza)

Al contrario de lo que actualmente indica la directiva, las actualizaciones futuras deben abordar las baterías de iones de litio específicamente como una categoría independiente. Además, los objetivos de recuperación deben establecerse en línea con la mejor tecnología disponible (BAT) y respaldados por un análisis tecno-económico exhaustivo. Todo apunta a que, a la vista del potencial de la utilización de las baterías de segunda vida, no es en absoluto descartable la regulación de la obligatoriedad de que el 100% de las baterías de vehículo eléctrico deban ser entregadas a gestores (industrializadores de segunda vida) autorizados.

Para terminar, nos centramos en la obligatoriedad por parte del fabricante del vehículo de estandarizar protocolos de comunicaciones de BMS de código abierto. Como decíamos existe un gran potencial dentro de las baterías de segunda vida, de obtener productos óptimos en coste y de tamaño mediano o grande (utillity scale) cuya factibilidad depende, en gran medida, del acceso al BMS de la batería de cada fabricante. Este acceso debería regularse y permitirse para acelerar y facilitar la industrialización de sistemas de almacenamiento económicos y flexibles.