Baterías: listas para escalar

Las baterías para energía marítima han cobrado un gran impulso, beneficiándose del concepto más básico dentro de Econ 101: oferta y demanda.

El 19 de mayo, Corvus Energy anunció que establecería una planta de fabricación de baterías de iones de litio en Port Bellingham, Washington, justo al norte de Seattle. Corvus Energy es un proveedor líder de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) para aplicaciones marinas. Sus sistemas ya alimentan a más de 30 embarcaciones norteamericanas, así como a 29 grúas portuarias híbridas y 11 plataformas de perforación en tierra.

Geir Bjørkeli, CEO de Corvus, dijo que la compañía ha “observado una aceptación significativa en los pedidos del mercado estadounidense, así como un compromiso creciente del gobierno y los actores de la industria para reducir las emisiones de GEI. El aumento de la capacidad y la flexibilidad de la producción serán clave para cumplir con el crecimiento previsto”.

La nueva instalación tendrá una capacidad anual de 200 MWh de capacidad de energía almacenada. Los buques individuales suelen tener una capacidad instalada de entre 0,5 y 10 MWh, explicó Sveinung Ødegard, presidente para las Américas de Corvus Energy. El objetivo de Corvus es comenzar la entrega desde una nueva fábrica en el cuarto trimestre de este año.

En su anuncio, Corvus citó una mayor demanda de la industria de remolcadores.

También el 19 de mayo, Industrial Service Solutions (ISS), con sede en Houston, anunció que busca ofertas de astilleros estadounidenses para construir hasta cuatro cascos para lo que se convertirá en los primeros remolcadores totalmente eléctricos de América del Norte. Las embarcaciones de cero emisiones, que se construirán para Zeeboat con sede en Nueva York y estarán disponibles para alquilar a partir de 2025, funcionarán completamente con batería, sin el uso de motores diésel, una novedad para los remolcadores en América del Norte. Las baterías para este proyecto ya provienen de Shift Clean Energy, con sede en Vancouver, BC

Estos anuncios continúan confirmando que las aplicaciones de baterías marítimas están saliendo de la etapa experimental, que la electrificación de embarcaciones está disponible y en demanda.

[For a demonstration, including discussion, of a large scale maritime ESS project check out the video of a battery-powered ferry making a 4-kilometer crossing, 46 times per day, every 15 minutes, between Helsingborg, Sweden and Helsingør, Denmark. The ferry pauses to charge on each side. It transports over 7 million passengers and nearly 2 million vehicles annually—clearly a battery powered workhorse. Of particular interest, note the giant shoreside charging device.]

Industrial Service Solutions busca ofertas de astilleros estadounidenses para construir hasta cuatro cascos para lo que se convertirá en los primeros remolcadores totalmente eléctricos de América del Norte. (Imagen: EEI)

tendencias de EE. UU.
Ben Wrightsman es presidente y director ejecutivo del Battery Innovation Center (BIC), con sede en Crane, Indiana. El BIC trabaja para el desarrollo, las pruebas, la comercialización y el aprendizaje avanzado de sistemas de almacenamiento de energía livianos y de alto rendimiento para socios comerciales, de defensa e industriales. . BIC trabaja en estrecha colaboración con el Centro de guerra de superficie naval enfocado en alta energía de la Marina, también ubicado en Crane. BIC se inscribió como "miembro del equipo" del DOE para la iniciativa de innovación de baterías del DOE, anunciada en mayo, el esfuerzo de cinco años de $7 mil millones de la Agencia, que se enfoca en el procesamiento y la fabricación de materiales para baterías.

En una entrevista, Wrightsman comentó que las aplicaciones de baterías marítimas, de hecho, han alcanzado un estado estándar, pero aún caracterizó el mercado estadounidense como "escala piloto", al menos en comparación con los mercados europeos y asiáticos.

Wrightsman dijo que la cadena de suministro de baterías presenta desafíos. Los costos del litio han aumentado y la demanda futura agregará presiones sobre los precios. Las materias primas están disponibles hoy, pero espera riesgos de suministro para 2030. “Si no cambia nada”, señaló, con especial referencia al proceso regulatorio de EE. UU., “corremos riesgos de escasez. Necesitamos producción nacional”.

Con respecto a la seguridad, Wrightsman cree que las baterías actuales son "inherentemente seguras" y que los avances en seguridad continuarán, aunque a un costo. Sin embargo, dijo que la disminución general de los costos compensará los aumentos relacionados con la seguridad. A modo de comparación, señaló que los sistemas de combustibles fósiles, después de 100 años, presentan numerosos riesgos de seguridad, desde el manejo hasta el almacenamiento y la combustión final. Aún así, estos riesgos se consideran aceptables hoy. Él espera un camino de seguridad similar para las baterías.

Jonathan Angelo es ingeniero de fabricación avanzada de baterías y coordinador de educación en el Centro de Innovación de Baterías. Demuestra la máquina de calandrado, un proceso para densificar electrodos con el fin de aumentar la densidad de energía de una célula. (Foto: Centro de Innovación de Baterías)

El futuro: ¿Qué tan rápido se acerca?
Las baterías son caras, pesadas y pueden presentar peligros extremos, y necesitan recargarse. Las baterías, en realidad sistemas de almacenamiento eléctrico (ESS), requieren una amplia infraestructura en tierra. Y si las baterías van a ser parte de una transición hacia la energía verde (¿por qué si no hacer tal movimiento?), la infraestructura costera debe estar conectada a suministros constantes, invariables y bajo demanda de electricidad renovable, incluido el almacenamiento a escala de servicios públicos; en efecto, baterías cargando baterías. Incluso para operaciones de nicho en un puerto, no se puede cuestionar cuando una embarcación, sin mencionar 100 embarcaciones, necesita la máxima potencia simultáneamente.

El "estado de carga" (SoC) es un concepto importante en la ciencia de las baterías, que se refiere al nivel de carga de una batería eléctrica en relación con su capacidad. Estado de cambio es una idea que plantea interrogantes sobre la obsolescencia. Si un barco de trabajo, por ejemplo, dura 30, 40 o incluso 50 años, las decisiones sobre la energía de la batería actual y el ESS no están exentas de riesgos para los propietarios de embarcaciones. En 5 a 10 años, la tecnología de punta de hoy en día podría ser obsoleta y antieconómica. Y existen riesgos corolarios, por ejemplo, si el equipo costero relacionado y la generación de servicios públicos no se desarrollan según sea necesario o según lo esperado, una embarcación a batería podría convertirse en un "activo varado".

El Foro Marítimo de Baterías, establecido en 2014, es un grupo de membresía que trabaja para "promover la creación de valor basada en baterías y hacer que las baterías sean un éxito dentro del mercado marítimo mundial". Entre los miembros se incluyen Corvus Energy, Damen Shipyards y Caterpillar Marine, así como empresas especializadas mucho más nuevas, como Aviloo y Beyonder.

El sitio web del Foro tiene una guía simplificada de dos páginas disponible gratuitamente sobre baterías: "¿Qué batería para su barco?" La guía cubre el concepto de "bloques de construcción" de batería y diseños y aplicaciones de sistemas. Presenta las ideas centrales inherentes al pensar y evaluar las baterías y el rendimiento del ESS. Para una empresa que comienza a considerar invertir en una embarcación de batería/ESS, la guía puede ayudar a los gerentes de proyecto a desarrollar las preguntas correctas para que la investigación adicional siga siendo productiva y oportuna.

Las preguntas sobre el estado del cambio, y qué tan cerca puede estar el cambio significativo, también surgen de una revisión del trabajo dentro de un nuevo consorcio holandés que se enfoca en baterías a escala industrial y ESS. El consorcio, formado en octubre pasado, se llama Battery Competence Center e incluye universidades, asociaciones comerciales y empresas del sector privado, incluidas DAF Trucks, ELEO y Damen Shipyards. El Centro está subvencionado por REACT-EU; los miembros contribuyen a través de cuotas.

Uno de los objetivos del centro es "crear conocimientos y competencias en el campo de la tecnología de baterías". El centro quiere que los beneficios económicos relacionados se desarrollen en los Países Bajos, para disminuir la dependencia de los proveedores asiáticos.

Para Damen Shipyards, el centro ofrece "una oportunidad para aplicar el conocimiento del sector automotriz, que está muy por delante del sector marítimo en el campo de la electrificación, en la industria naviera", dijo Peter van Terwisga, de Damen.

La I+D es otra prioridad. De cara al futuro, el centro se centrará en el desarrollo de maquinaria y procesos de producción complejos. Otros temas incluyen la tecnología de película delgada y la química del plasma, dos campos de especialidad que, según el centro, deben avanzar para desarrollar "una nueva generación de celdas de batería".

A Peter Rampen, ingeniero de investigación principal de Damen, se le preguntó cómo los armadores deberían equilibrar las preguntas sobre la nueva tecnología, posiblemente muy cercana, versus avanzar con la tecnología actual. Dijo que los astilleros de hoy pueden "construir barcos de batería seguros y confiables" utilizando tecnología "lista para usar", aunque esa disponibilidad incluye principalmente barcos con demandas relativamente limitadas de potencia y alcance.

Rampen citó una serie de desafíos continuos de baterías de barcos. Dijo que los ingenieros marítimos tienen una experiencia limitada con las tecnologías de baterías y un alcance regulatorio limitado requiere un enfoque basado en el riesgo para cada proyecto.

Entre los equipos de I+D, citó una serie de cuestiones prioritarias. Para avanzar en la seguridad, ve la necesidad de desarrollar baterías en las que no puedan ocurrir incendios y explosiones por "descontrol térmico", o las probabilidades se reduzcan drásticamente. Los diseños más nuevos requerirán menos precauciones de seguridad, lo que permitirá sistemas más compactos y fáciles de configurar.

La estandarización, dijo Rampen, reducirá los costos. Las baterías modulares y escalables atraerán una variedad más amplia de tipos de barcos. El concepto de bloque de construcción ofrecerá la flexibilidad necesaria para usar menos tipos de baterías, pero baterías que se pueden producir en grandes cantidades, para un número cada vez mayor de embarcaciones.

Otro objetivo importante es desarrollar una producción compartida entre diferentes industrias y modos de transporte, por ejemplo, barcos y camiones, o incluso utilizando los mismos módulos de batería. Finalmente, el reciclaje de baterías es fundamental para mantener la sostenibilidad de ESS.

"Current Direct" es un proyecto europeo de baterías, financiado por el programa Horizonte 2020 de la Comisión Europea, que se espera que pase a la fase de demostración en 2023. Desplegará bloques de baterías en contenedores para recargar embarcaciones portuarias y fluviales. El objetivo es reemplazar, en los puertos designados, un paquete de energía usado por uno completamente cargado, todo en cinco minutos.

Shaun White es Gerente de Proyecto Directo Actual y Gerente de Proyecto Senior en el fabricante de baterías marinas Spear Power Systems. White dijo que Current Direct está programado para su demostración de 2023. Dijo que la investigación de baterías se ha centrado en materiales térmicos y estructurales para evaluar las pruebas de llama e integridad.

White explicó que las baterías marítimas tienen diferentes perfiles de utilización que las baterías automotrices o de almacenamiento en red, las dos aplicaciones que han dominado el desarrollo de baterías. Ahora se está trabajando para alinear las capacidades de la batería con las demandas marítimas. White dijo que si el trabajo de desarrollo de Blackstone Resources, un socio de CD, tiene éxito, esos avances aumentarán la densidad de energía y reducirán algunos costos de proceso a la mitad.

Los lectores pueden estar interesados ​​en revisar el "Planificador de energía de viaje" de Current Direct, una herramienta web de cero emisiones desarrollada para flotas de vías navegables interiores.

Spartan es el primero de dos nuevos remolcadores híbridos diesel-eléctricos construidos por Master Boat Builders para Seabulk. (Foto: Master Boat Builders)

Los grandes movimientos del DOE
El Departamento de Energía de EE. UU. está tomando medidas importantes para impulsar el desarrollo de baterías. El almacenamiento de energía a nivel de servicios públicos es una de las iniciativas Earthshot del DOE. Como se señaló anteriormente, el DOE gastará $7 mil millones durante cinco años en problemas de la cadena de suministro de baterías. Este trabajo no se centra únicamente en las aplicaciones marítimas, pero tendrá un impacto en todos los sectores del transporte. Fundamentalmente, el DOE quiere que la actividad económica relacionada se arraigue y se expanda en los EE. UU., para que los ciudadanos y los mercados de los EE. UU. se beneficien de la transición hacia la energía verde.

En mayo, el DOE anunció planes para otorgar fondos de subvenciones para proyectos de asociación de investigación que establecerán las vías para entregar baterías de litio para impulsar el transporte de la misma manera que las baterías de plomo están disponibles en todas partes para apoyar el transporte.

El DOE escribe que "las baterías son un elemento crítico para descarbonizar nuestra economía y competitividad nacional, para el almacenamiento en la red, para la resiliencia de los hogares y las empresas, y para la electrificación del sector del transporte". El DOE proyecta que el mercado de baterías de litio aumentará "de cinco a diez veces para fines de la década" y que es "esencial que Estados Unidos invierta para acelerar el desarrollo de una cadena de suministro resistente para baterías de alta capacidad". Estos proyectos tienen que abordar otras áreas, incluidos los objetivos sociales, las oportunidades laborales y los impactos en las comunidades de ingresos bajos y moderados.

El DOE se está enfocando en proyectos de demostración que se dividen en 12 "áreas de interés", que incluyen la fabricación, extracción y procesamiento de celdas a escala comercial, materiales y electrodos de "próxima generación" y reciclaje de baterías a escala comercial. Cada área del proyecto debe tener un enfoque nacional.

Esté atento a las decisiones sobre la financiación de proyectos para fines de 2022 o principios del próximo año.