O papel do lítio

O armazenamento de energia é fundamental para a integração efetiva dos sistemas de energia renovável com a rede elétrica e para acelerar a adoção de veículos elétricos (EVs). Este resumo discute as tendências tecnológicas em baterias de íon-lítio (Li-Ion) e avalia as necessidades de armazenamento de energia dos setores de energia e transporte indianos. Ele analisa a distribuição geográfica de lítio e cobalto em locais onshore e offshore em todo o mundo; e examina o crescimento das capacidades de reciclagem de baterias de lítio e os esforços dos países para proteger a cadeia de fornecimento de matérias-primas para baterias de lítio. O resumo estima que a realização de uma transformação verde nos setores de energia e transporte da Índia exigirá 122 quilotons de lítio, pesados ​​investimentos em pesquisa de baterias, capacidades de fabricação em massa, colaborações estrangeiras, instalações de reciclagem para sustentabilidade ambiental e a compra de ativos de lítio no exterior.

Atribuição:Vedachalam Narayanaswamy, "The Role of Lithium-Based Energy Storage in India's Climate Goals," ORF Issue Brief No. 642, maio de 2023, Observer Research Foundation.

O investimento global em tecnologias de energia limpa até agora atingiu US$ 2,6 trilhões.[1] Após várias conferências globais nas últimas três décadas, os países estabeleceram para si mesmos obrigações mínimas para reduzir sua pegada de carbono e fornecer maior transparência e responsabilidade em sua geração e uso de energia. A Índia se comprometeu a aumentar sua capacidade cumulativa de geração de eletricidade baseada em combustível não fóssil para 50% até 2030, reduzir a intensidade das emissões em 35% em relação aos níveis de 2005 e tornar-se neutra em carbono até 2070.[2]

O aumento do uso de energia renovável e a transição precoce para a mobilidade elétrica contribuirão para atingir essas metas e reduzir a conta de importação de hidrocarbonetos da Índia. Na próxima década, espera-se que as baterias à base de lítio desempenhem um papel significativo na criação de Sistemas de Armazenamento de Energia (ESSs) em energia e transporte.

Este resumo discute os principais requisitos para alcançar uma transição verde nos setores de energia e mobilidade da Índia. O autor usou o software de modelagem e simulação India Energy Security Scenario 2047 (IESS 2047) para fazer previsões.

A primeira bateria comercial de íons de lítio (Li-Ion) foi desenvolvida em 1985, e a tecnologia avançou desde então. Suas vantagens incluem densidade de energia superior (de 75-200Watt-hora por quilograma)[b] e densidade específica (de 150-315 Watt-hora por litro), estabilidade do ciclo, eficiência e confiabilidade. As tecnologias de bateria Li-Ion têm uma grande presença em eletrônicos portáteis, energia renovável, redes elétricas inteligentes, transporte elétrico, incluindo veículos rodoviários e navios ecológicos/híbridos, juntamente com aplicações em aviação, espaço e submarinos.

O nível de maturidade do ESS baseado em Li-Ion em comparação com o de outras tecnologias é mostrado na Fig.1.[3] As células Li-Ion usam óxidos de metal de transição de lítio como eletrodo catódico (negativo), grafite como eletrodo anódico (positivo) e líquidos carbonatados não aquosos como eletrólito. A carga e descarga da célula ocorre através da intercalação e desintercalação dos íons de lítio. Durante o processo de carregamento, os íons de lítio são transferidos através do eletrólito do cátodo para o ânodo. O desempenho das células de lítio varia significativamente com base na química do eletrodo usado.

Figura 1. Maturidade Tecnológica dos Sistemas de Armazenamento de Energia

O uso de polímeros sólidos como eletrólito e carbono litiado[c] melhorou muito a segurança das células Li-Ion. As principais características das tecnologias de células à base de lítio amadurecido são mostradas na Tabela 1., LFP e LTO, em particular, reduzem custos e aumentam a segurança. O custo/kWh é baseado na estimativa do Departamento de Energia dos EUA para 2022 com base na energia utilizável para produção em escala de pelo menos 100.000 unidades/ano. A redução do teor de cobalto na composição dos cátodos reduz o custo e aumenta a densidade de energia, em combinação com outras tecnologias de ânodo. Espera-se que os próximos cátodos de metal de lítio melhorem o desempenho sem depender de cobalto, em combinação com ânodos feitos de compostos de silício. A pesquisa sobre baterias de Li-ar e Li-enxofre também está progredindo rapidamente, mas seu nível de prontidão tecnológica ainda está longe. Eles podem não estar disponíveis comercialmente antes de 2030.[5]