EDUARDO CESAREl conocimiento y la experiencia son dos factores importantes para el desarrollo tecnológico, y estuvieron muy presentes en la idea y en la construcción de un nuevo tipo de batería, fabricado por primera vez en Brasil, capaz de almacenar electricidad en vehículos eléctricos. Esta novedad fue desarrollada en la empresa Electrocell de São Paulo, nacida hace 12 años, por ingenieros provenientes de las áreas de baterías industriales y tratamiento de superficie. La empresa se especializa en el desarrollo y la construcción de células de combustible, artefactos que producen energía eléctrica con hidrógeno, en una reacción química entre dicho gas y el oxígeno atmosférico. Son generadores que no emiten contaminantes y trabajan de manera silenciosa y sin vibraciones, y pueden ser tanto estacionarios, instalados en una residencia, empresa o evento, como generar electricidad en el interior de un vehículo. La firma ha vendido alrededor de 75 células, la mayoría a empresas e instituciones de investigación, con fines demostrativos de esa tecnología aún experimental, ya que pasa por un proceso de evolución en todo el mundo.
Las baterías de Electrocell están formadas por placas bipolares de grafito para su uso en vehículos y también para almacenar electricidad en sistemas de energía renovable, como los de energía solar y de energía eólica. “Son indicadas para vehículos 100% eléctricos, fundamentalmente autobuses y camiones, en nichos de mercado tales como el postal, en compañías de energía, en empresas de entregas y en carritos de golf, por ejemplo”, dice el ingeniero Gerhard Ett, investigador y socio de Electrocell. “Nuestra batería fue concebida para abastecer sistemas de energía a bajo costo. Almacena electricidad mediante la recarga en un tomacorriente, en el caso de los vehículos, o generándola en paneles solares durante el día, o también mediante generadores eólicos.”
“Nuestras baterías bipolares pueden costar entre un 15% y un 25% del precio de las baterías de ión de litio, las más utilizadas en artefactos de punta, que van desde vehículos hasta celulares”, dice el ingeniero Gilberto Janólio, otro socio investigador de Electrocell. “Las baterías de litio son insuperables en términos de la densidad de potencia que pueden almacenar, pero el costo y la duración de la nuestra compensan su uso”, dice Ett. Se inspiraron en las baterías de plomo ácido industriales, que sirven para el abastecimiento en estaciones telefónicas durante algunas horas, cuando cae el sistema de abastecimiento de energía, por ejemplo. Baterías como éstas también equipan a los pequeños vehículos eléctricos usados en los estadios de fútbol para retirar a los jugadores lesionados del campo de juego, o en los campos de golf y en otros eventos. “Las nuestras poseen mucho menos plomo que las tradicionales, y duran mucho más tiempo”, dice Ett. La investigación realizada dentro de la empresa resultó en la colocación de capas finas de óxido de plomo sobre las placas de grafito. “Ésa es una evolución de las baterías de plomo, un material 100% reciclable y reaprovechado, y se amolda a los estándares ambientales europeos”, dice Janólio.
Para desarrollar la batería, los investigadores de la empresa paulistana se valieron de las placas bipolares de grafito empleadas en las células de combustible, que efectúan la conducción y la distribución del hidrógeno dentro del aparato. También hacen la conexión entre un conjunto compuesto de membrana de polímero para intercambio de protones y electrodos, conocido con la sigla MEA en inglés.
En la batería, las placas de grafito poseen una delgada capa de plomo y algunos aditivos, y al igual que en las células, forman un conjunto único. “El uso del concepto de célula en la batería es inédito”, dice Ett. “Actualmente cada placa cuesta 20 euros, mientras que la que nosotros fabricamos sale por 2 reales”, dice el investigador. La nueva concepción de batería tiene una durabilidad de 1.000 ciclos de carga. Cada ciclo significa descargar totalmente y recargar mil veces, en tanto que las tradicionales de plomo automotor llegan a 100 ciclos. “La energía consumida por nuestra batería es de 60 vatios-hora (Wh) por kilo, ante 85 Wh de la batería de litio”, dice Janólio. El valor de la batería de Electrocell para futuros clientes es de 200 dólares el kilovatio-hora (kWh), en tanto que las de litio cuestan entre 600 y 1.200 dólares, de acuerdo con los valores del mercado internacional captados por la empresa. La nueva batería cuenta con una patente en el marco del Tratado de Cooperación en Patentes (PCT, sigla en inglés), que permite el depósito de dicho documento en centenas de países. “Ya teníamos la patente de las placas para células de combustible y ahora hecho una más amplia, depositada en todo el mundo”, dice Ett. “Queremos ir al mercado internacional y estamos negociando licenciar la patente con varias empresas de Brasil y del exterior. Es un proceso lento y hay que tener cuidado”, dice. El financiamiento de la investigación de la nueva batería salió de la propia caja de Electrocell, una empresa que nació incubada en el Centro de Innovación, Emprendedorismo y Tecnología (Cietec), y que actualmente se encuentra instalada en el Pre Parque Tecnológico, en la Ciudad Universitaria. “Pero contamos con el apoyo de la FAPESP en el desarrollo de las placas de grafito para las células, lo que contribuyó en la creación de la batería”, comenta Ett. Fue en el marco de un proyecto realizado entre 2004 y 2008, que forma parte del programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe).
El foco principal de la empresa siguen siendo las células de combustible. Pero seguirá desarrollando baterías específicas. Una que se encuentra en fase de proyecto se destina a vehículos híbridos impulsados con alcohol. En éstos, convivirían el motor de biocombustible y las baterías eléctricas que todavía proveen pocos kilómetros (km) de autonomía. Las células de combustible también constituyen una opción para componer vehículos que pueden ser enchufados en un tomacorriente para reabastecerse y ganar mayor autonomía con el hidrógeno. De la misma manera, un pequeño motor de gasolina o de alcohol puede suministrarle al vehículo la energía suficiente como para rodar mucho más de 100 km. “La autonomía que dan el alcohol, la gasolina y el gasoil es mucho mayor en comparación con la de los vehículos puramente eléctricos dotados únicamente con una batería”. Las células de hidrógeno se ubican en una posición intermedia, pero en primer lugar en lo que hace a la baja emisión de contaminantes. El único residuo de las células es el vapor de agua.
Un impeditivo para un mayor uso de las células es su alto costo, aunque estos precios han caído. Existen previsiones que indican que en 2013 los precios caerían hasta un 90% en comparación con los valores de 2003, de acuerdo con Nucellsys, del grupo alemán Daimler, controladora de Mercedes-Benz, que desarrolla y produce células. Los precios pueden declinar con el avance en el estudio de materiales y la economía de escala. “La energía renovable será un poco más cara y no tendrá, al menos en el corto y mediano plazo, el mismo costo que la energía convencional. De este modo, la ganancia de escala es fundamental, y para ello, las compras del gobierno son importantes durante un período de transición, incluso para demostrarle a la iniciativa privada que es posible la economía sostenible”, dice Janólio. La propia Electrocell pone su precio con relación a la cantidad. “Cincuenta células de 5 kilovatios (kW) cuestan 6 mil dólares el kW. Células más grandes, de 50 kW, y también en 50 unidades, salen por 5 mil dólares el kW”, dice Ett. Las células individuales, por supuesto, cuestan mucho más. Las mayores que la empresa ha fabricado hasta ahora se hicieron para organismos públicos, o contaron con financiamiento igualmente público. Tal es el caso de Eletrobras, y el de la mayor de todas: la del ómnibus de la Coppe-UFRJ, con 77 kW (lea en esta edición). Otra, de 50 kW, destinada a funcionar como generador, se fabricó para AES Eletropaulo con incentivos gubernamentales (lea en Pesquisa FAPESP nº 92).
El proyecto
Desarrollo de compósitos de grafito inyectado aplicados en procesos electroquímicos (nº 04/09113-3); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinador Volkmar Ett – Electrocell; Inversión R$ 408.655,56 y US$ 30.883,15 (FAPESP)
