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Opinión

2 de julio de 2020 11:23

Por qué Tesla debería estar al tanto del nuevo Santo Grial en las baterías de litio

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Versión en español del artículo original titulado “Why Tesla Should Be Aware of the New ‘Holy Grail’ in Lithium Batteries” publicado en Seeking Alpha el 10 de junio de 2020 (Véase: https://seekingalpha.com/article/4352962-why-tesla-should-be-aware-of-new-holy-grail-in-lithium-batteries). Desde su publicación, ha tenido más de 23.000 vistas.

Como muestra un artículo científico reciente, la producción en masa en la gigafábrica de Tesla (NASDAQ: TSLA) en Nevada, con resultados significativos en economías de escala y reducción de costos, resultó en el tipo de competitividad que Tesla estaba buscando para dominar el mercado de vehículos eléctricos en todo el mundo.

En efecto, los costos de la batería por kWh para una composición química típica de la batería de Tesla (NCA//Grafito) con una parte del costo de material entre 60% y 66% sobre los costos totales de fabricación para una capacidad de producción de 1 GWh estaría en el rango de $us.184 y $us. 167. Sin embargo, esas cifras bajarían a $us.147 y $us.132, respectivamente, si la capacidad de producción aumentara a 35 GWh (Véase Figura 1).

Como es bien sabido, el plan original de Tesla era construir una gigafábrica con capacidad de producción de celdas de 35 GWh y una capacidad de producción de paquetes de baterías de 50 GWh para 2020. Por lo tanto, tenía como objetivo producir 35 GWh en paquetes de baterías para vehículos eléctricos con celdas de baterías producidas en la fábrica, y 15 GWh en  paquetes de baterías para aplicaciones de almacenamiento de energía con celdas producidas en otros lugares.

Hace poco más de un año, el propio Elon Musk indicó que la producción de celdas en la gigaplanta hasta ahora había estado operando a una capacidad realde alrededor de 24 GWh, lo que es relativamente consistente con el número total de vehículos eléctricos que Tesla produjo en 2019. De hecho, si estamos de acuerdo en que Tesla produjo 365.300 vehículos eléctricos el año pasado, podemos extrapolar que la gigafábrica funcionó a una capacidad real de 25.6 GWh.

Independientemente de si Tesla finalmente cumpla con su objetivo de capacidad para fines de este año, las cifras anteriores hablan bien de la plausibilidad del estudio científico mencionado anteriormente y son más que relevantes para las capacidades reales de la empresa disruptiva en su propósito de cambiar la industria automotriz global para siempre.

Del mismo modo, Cairn Energy Research Advisors (citado por Insideevs) estima que los costos a nivel de paquete de Tesla alcanzaron a $us. 158.27 por kWh en 2019. A nuestra capacidad estimada de 25.6 GWh, esto podría estar ligeramente fuera de la curva de costo del 60% de material en la Figura 1, lo que significa que aunque Tesla parece estar en el camino correcto, todavía tiene algo de espacio para disminuir sus costos de procesamiento mientras se esfuerza por alcanzar la capacidad total en la Gigaplanta 1.

Curiosamente, el artículo revisado por pares también sostiene que si la parte del costo del material alcanza el 80% del costo total, las mismas cifras serían $us.138 y $us.106, respectivamente. Esto nos acercaría al "número mágico" de $us.100/kWh que probablemente llevará a los vehículos eléctricos a la paridad de costos con los vehículos con motores a combustión interna (MCI).

En estas circunstancias, habrían dos condiciones para que Tesla alcance el "número mágico": una, más economías de escala, a través de la optimización del proceso en su gigaplanta que permitiría una mayor disminución de los costos de fabricación/procesamiento de un poco más del 40% hasta el 20% del costo total, y dos, operación a plena o casi plena capacidad (35 GWh) en su gigafábrica.

Figura 1

Reducción de costos de la batería con aumentos de capacidad

 
Fuente: Wentkeret al (2019).

A partir de aquí, una reducción adicional en el costo de la batería tendría que venir a través de una disminución en el costo del material. Sin embargo, esto no será automático. Podría llegar a través del reciclaje y la recuperación de los materiales más caros, como el cobalto, el litio y el níquel (en ese orden), a través del cambio de la química en la batería y/o a través del acceso a los minerales. Se ha visto a Tesla progresando en las dos primeras opciones, dejando de lado, por el momento, la tercera. Al menos, eso se refleja en un nuevo artículo de Reuters. En el resto de este artículo, intentaré profundizar en los dos últimos argumentos, dejando el primero para futuras contribuciones.

Sin embargo, la pregunta sigue siendo si Tesla continuará llevando los costos de fabricación/procesamiento al límite de la "literatura" sin prestar mucha atención a los costos de los materiales o si optará por lo contrario en la "madre de todas sus batallas" contra los fabricantes de automóviles "convencionales" en un futuro muy cercano. Tampoco podemos descartar una estrategia intermedia por la cual Tesla comienza a afectar los costos de material sin necesariamente llevar los costos de fabricación al límite.

En una contribución anterior a Seeking Alpha (SA), publicada en marzo de 2017, sostuve que la producción en masa y el desarrollo tecnológico podrían ser dos factores influyentes de los niveles o grados de terciarización o integración vertical en la producción de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos. Como veremos a continuación, algunos de los temas ya discutidos aquí, así como los que se considerarán más adelante en este artículo, se superponen a ciertos argumentos presentados en mi artículo anterior de SA. Encontré necesario actualizarlos para obtener el contexto apropiado para el presente estudio.

De hecho, la producción en masa tuvo lugar en la gigafábrica 1 de Tesla. Pero, ¿qué fue de la integración vertical? La relación de Tesla con Panasonic (OTCPK: PCRFY) no significó realmente que Tesla estuviera integrando sus dos líneas de producción. Sólo, que estaba acercando su fuente principal de batería de litio (Panasonic) a su instalación de fabricación de vehículos eléctricos (en Fremont). Panasonic siguió a cargo de la producción de celdas de iones de litio para Tesla y, aunque el nivel de coordinación entre ellas fue sobresaliente, nunca se integraron verticalmente en forma completa. Esto es consistente con todo lo que dije en mi versión anterior de SA sobre el tema.

Dada la operación exitosa de gigafactory 1, uno debe preguntarse si Tesla estará alguna vez interesada en la integración vertical completa de sus líneas de producción de baterías y vehículos eléctricos. Aunque hay algunas indicaciones de que Tesla podría estar planeando producir sus propias celdas de batería en un futuro cercano, aún no está claro cuándo podría ocurrir esto. Por el momento, Tesla parece sentirse cómoda con un modelo de “cuasi integración vertical” como el que implementó con Panasonic y tal vez esté pensando en replicarlo (aunque con diferentes socios) en China y en otras partes del mundo.

En la parte superior de la cadena de valor (el “upstream”), Tesla parece estar siguiendo un enfoque similar al de la parte inferior (el “downstream”) de la misma, con Ganfeng Lithium (OTCPK: GNENY) como punta de lanza. A medida que pase el tiempo, es probable que el mayor productor de compuestos de litio de China y uno de los mayores productores de litio del mundo se convierta en el único proveedor de litio de Tesla. Los movimientos recientes de Ganfeng nos hacen pensar que el acuerdo de compra que ambos establecieron en 2018 no era típico. Probablemente significó ir más allá del suministro de una cantidad dada de litio en ciertos momentos. Una indicación de esto parece ser la decisión de Ganfeng de capitalizar Bacanora Minerals (OTC: BCRMF) en Sonora, México, en octubre de 2019. Como informé en 2017, Bacanora era una de las dos compañías de litio con las que Tesla había firmado acuerdos de adquisición en 2015. Otra señal en esta dirección podría ser el interés de Tesla en incluir a Ganfeng Lithium en sus negociaciones con Sigma, una nueva compañía de litio en yacimientos de roca dura que opera en Minas Gerais, Brasil, para asegurar nuevos suministros de litio de ese país. Aunque aún no está claro si la relación Tesla-Sigma finalmente se materializó, en noviembre de 2019, el único detalle pendiente para llegar a un acuerdo histórico era la decisión de si Sigma enviaría los materiales a Ganfeng en China o a Tesla en California. Aun así, parece prematuro concluir que Tesla y Ganfeng podrían seguir siendo socios perfectos para siempre. El mundo del litio se ha vuelto no solamente muy dinámico, sino también muy volátil. Lo que podría ser la mejor opción hoy en día, podría terminar siendo parte del peor escenario unos años más tarde. Por último, atrás se habrían quedado los otros posibles socios de litio de Tesla con los que firmó acuerdos de adquisición entre 2015 y 2018 simplemente por no poder ingresar al mercado a tiempo. Por un lado, Pure Energy Minerals(OTCQB: PEMIF) por fin sólo comenzaría a perforar estos días en el Clayton Valley Lithium Project, después de un largo proceso de financiación. Por otro lado, Wesfarmers (OTCPK: WFAFF), que en septiembre del año pasado tomó control de Kidman Resources, habría pospuesto su decisión final de inversión en su proyecto de litio en Australia Occidental hasta el primer trimestre de 2021.

El siguiente nivel de abstracción en mi análisis de 2017 fue el desarrollo tecnológico. Aquí sostuve, entre otras cosas, que Tesla estaba siguiendo un enfoque de litio "débil", que no sólo puede poner en grave riesgo todo su suministro de baterías de vehículos eléctricos en caso de escasez de litio, sino también la posibilidad de desarrollar un gran avance tecnológico en la fabricación de baterías.

Parece que en este caso también resultaron correctas mis apreciaciones. Al apostar por la química del níquel-cobalto-aluminio (NCA), Tesla contribuyó a un aumento de los precios del hidróxido de litio. Esto fue puesto de relieve aún más por la adopción de las químicas de níquel-cobalto-manganeso (NCM) (que también requieren hidróxido de litio) por el resto de los fabricantes de automóviles, particularmente en China. A la fecha, el hidróxido de litio sigue siendo el compuesto de litio de elección, tal como lo observé en 2017.

Sin embargo, esta situación no debe darse por sentada porque en los próximos meses/años podríamos presenciar algunos nuevos desarrollos. Por un lado, como dice el artículo de Reuters mencionado anteriormente, Tesla está en conversaciones avanzadas con CATL para usar sus baterías de fosfato de hierro y litio, que no sólo utilizan cobalto sino también principalmente carbonato de litio en lugar de hidróxido de litio como precursor. Por otro lado, según lo previsto en mi artículo de 2017, la tecnología podría ir más allá de las baterías de iones de litio hacia baterías de litio de estado sólido, de litio-aire y / o de litio-oxígeno, todas ellas utilizando litio metálico en el ánodo.

Y de esto es de lo que me gustaría hablar a continuación. En los últimos cuatro años más o menos, hemos visto la aparición de un nuevo tipo de baterías de litio de próxima generación, que pueden llamarse "baterías de litio metálico". Se ha sugerido que son el nuevo "Santo Grial" en baterías de litio. En 2016, ya había identificado esta tendencia en una invehículos eléctricostigación exhaustiva inédita sobre el desarrollo tecnológico de baterías de litio. Brevemente, pueden definirse como aquellas baterías de litio que retienen la misma química del cátodo que las baterías de iones de litio pero que sustituyen el metal de litio por grafito en el ánodo. Por supuesto, hay otras baterías de litio que usan litio metálico en el ánodo, como las baterías de litio de estado sólido, litio-azufre, litio-aire o litio-oxígeno, pero todas ellas pertenecen a categorías específicas por derecho propio.

Esto se muestra en un nuevo análisis científico que motivó esta contribución. Se debe tener en cuenta que los autores de ese trabajo incluso introducen una nueva categoría de baterías de litio que incluye flúor, combinado con hierro o cobre, en el cátodo. Estas nuevas químicas han sido citadas en la literatura como dos baterías potentes con una densidad de energía gravimétrica similar a la de las baterías de litio-azufre (Li2S//Li). En la Figura 2, se presenta una nueva y desafiante hoja de ruta para las baterías de litio.

Parece existir un mar de diferencias entre las baterías de iones de litio más avanzadas y las nuevas baterías de litio metálico. Estoy particularmente interesado en aprender más sobre LiFePO4//Li y LiNiPO4//Li, así como NCM //Li.

Las dos primeras baterías duplicarían y triplicarían, respectivamente, la densidad energética gravimétrica de las conocidas baterías LiFePO4//Gr. Nótese que no sólo Tesla y CATL están hablando mucho sobre LiFePO4//Gr, sino también BYD, uno de los pioneros de esta tecnología, que recientemente ha anunciado la introducción a gran escala de una nueva batería "blade" con tal química de la batería, en China y en otros lugares este año.

La tercera daría un tremendo impulso a la ya popular tecnología NMC, proporcionándole el doble de densidad de energía gravimétrica.

Figura 2

Hoja de ruta para baterías de litio-metal de próxima generación


Fuente: Wang et al(2020).

Notas:

Densidad energética gravimétrica: Baterías con menos masa (más ligeras para la misma energía)

Densidad energética volumétrica: Baterías más pequeñas (menos volumen para la misma energía)

Dos comentarios adicionales con respecto a la Figura 2 están en orden. Primero, el dominio de las baterías de litio metálico para vehículos eléctricos es claramente visible con una excepción: LiCoO2//Li, una versión mucho más avanzada de la categoría estándar LiCoO2//Gr de baterías de litio para el sector de productos electrónicos de consumo. En segundo lugar, la desaparición de la tecnología NCA del espectro de la batería de litio podría ser una indicación de que los días de esta tecnología, adoptada principalmente por Tesla, pueden estar contados. Aquí nos gustaría saber si la gigafábrica 1 de Tesla estaría lista para adaptarse a las nuevas tecnologías.

Está claro que todavía hay algunos desafíos que enfrentar antes de que estas nuevas baterías de litio puedan satisfacer la gran demanda del mercado de baterías recargables más pequeñas y livianas, tanto para automóviles eléctricos como para productos electrónicos de consumo. Se refieren a problemas dendríticos, reacciones secundarias interfaciales, cambio de volumen y baja eficiencia Coulombiana. Pero el documento parece ser bastante optimista sobre cómo abordarlos en un futuro no muy lejano.

En base a toda la información anterior, sólo podemos alentar a Tesla a conocer el nuevo "Santo Grial" en las baterías de litio y aprovechar esta increíble oportunidad tecnológica para consolidar su dominio en el mercado global de vehículos eléctricos en los próximos cinco años más o menos.

Para finalizar, siempre que el nuevo "Santo Grial" despegue y se consolide en un futuro próximo, la demanda potencial y la posterior producción de litio metálico implicarán cambios profundos en la cadena de valor de litio. Todo se reducirá a una mayor demanda y producción de litio. Pero, esto sucederá no sólo porque necesitaremos litio tanto para el cátodo como para el ánodo de la batería, sino también porque el proceso masivo de adopción de baterías de litio metálico que pueda ponerse en marcha probablemente acelerará la revolución de vehículos eléctricos en el mundo.

Juan Carlos Zuleta es analista de la economía del litio.

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