JAKOB FLEISCHMANN, NIKOLA VEKIĆ, MICHEL VAN HOEY, RAPHAEL RETTIG, JONATHAN LINDLEY, NICOLAS GOFFAUX, PATRICIA BINGOTO *

La transición a cero emisiones netas requerirá enormes cantidades de materias primas para respaldar el desarrollo y la implementación de tecnologías bajas en carbono. Los vehículos eléctricos a batería (VEB) desempeñarán un papel central en el camino hacia el cero emisiones netas; McKinsey estima que la demanda mundial de automóviles de pasajeros en el segmento de los VEB se sextuplicará entre 2021 y 2030, y las ventas unitarias anuales aumentarán de 4,5 millones a aproximadamente 28,0 millones en ese período.

Para los productores de celdas de batería y materias primas, garantizar un suministro confiable y amplio de materiales sostenibles y asequibles será crucial para su competitividad, el continuo despliegue de vehículos eléctricos y la transición a cero emisiones netas en general.

Es probable que la industria enfrente desafíos persistentes a largo plazo; deberá abordarlos para satisfacer la demanda en 2030. Este artículo explora esos desafíos (a saber, la reducción de las emisiones de carbono en toda la cadena de valor y los efectos adversos relacionados sobre la naturaleza y las comunidades) y las acciones que los productores de materiales para baterías pueden considerar para superarlos.

LOS DESEQUILIBRIOS ENTRE LA OFERTA Y LA DEMANDA DE MATERIAS PRIMAS PARA BATERÍAS SE PRODUCEN A NIVEL REGIONAL
El cambio de los motores de combustión interna a los vehículos eléctricos de batería está afectando en gran medida a la industria de los materiales. El aumento de los vehículos eléctricos de batería conducirá a un aumento de la demanda de materiales para baterías. Por ejemplo, los vehículos eléctricos de batería suelen ser entre un 15 y un 20 por ciento más pesados ​​que los vehículos con motor de combustión interna comparables.

Una gran parte del peso adicional proviene de las aplicaciones de baterías. A pesar de este aumento previsto en la demanda de materiales para baterías, 2024 ha sido un año desafiante para la industria, debido a la desaceleración del crecimiento económico y la presión sobre los niveles de precios, especialmente para materiales para baterías como el níquel y el litio.

Sin embargo, para cumplir con los objetivos de transición a cero emisiones netas, las empresas que producen y consumen materiales para baterías deberán equilibrar las tres dimensiones del "trilema de los materiales" garantizando la disponibilidad (satisfaciendo las crecientes necesidades de demanda y asegurando la seguridad regional del suministro), la asequibilidad (manteniendo precios competitivos para garantizar la asequibilidad de los materiales y los productos y aplicaciones que se construyen a partir de esos materiales) y la sostenibilidad (cumpliendo o superando los estándares y requisitos ambientales, sociales y de gobernanza (ESG) establecidos por gobiernos, clientes y asociaciones industriales por igual) de los materiales.

Después de centrarse en las emisiones del tubo de escape, los fabricantes de equipos originales (OEM) de automóviles ahora están comenzando a avanzar hacia la reducción de sus emisiones de Alcance 3 derivadas del uso de materiales, que contribuyen con una gran parte de lo que emiten las baterías.

Dentro del propio mercado de baterías, la elección de la composición química de las mismas determina la demanda de materiales, impulsada por la necesidad de equilibrar el rendimiento y el costo de las baterías. Actualmente, existen dos grandes familias de composiciones químicas de baterías: óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (Li-NMC) y fosfato de litio y hierro (LFP). También están surgiendo tecnologías de baterías más ricas en manganeso.

Estas composiciones químicas varían en cuanto al contenido de material y ofrecen a los fabricantes la opción de ajustar el rendimiento o el costo en función de la composición química real. Con la atención que se presta a la reducción del alcance 3 y a la sostenibilidad en general, la obtención de materiales para baterías es una decisión importante para los productores de baterías y los fabricantes de equipos originales de automóviles.

A un nivel más amplio, la creciente demanda de baterías6—de los sectores automotriz y energético, por ejemplo— ha provocado niveles de inversión sin precedentes por parte de los productores de materias primas y los fabricantes de baterías.

Si bien existe cierta incertidumbre sobre la magnitud de la adopción de diversas químicas de baterías, hay una clara tendencia hacia el LFP, como lo demuestra el hecho de que los OEM lo están agregando a sus carteras para modelos de nivel de entrada o incluso están haciendo la transición a esa química por completo.

Según las últimas estimaciones, el análisis de McKinsey proyecta que la demanda superará la oferta base para ciertos materiales, lo que requiere inversiones adicionales y genera temor a escasez y volatilidad de precios, entre otros desafíos.

PERSPECTIVAS DE SUMINISTRO DE MATERIAS PRIMAS PARA BATERÍAS EN 2030
Con base en las observaciones actuales del mercado, los fabricantes de baterías pueden esperar desafíos para asegurar el suministro de varias materias primas esenciales para baterías para 2030. Además de estos materiales, también se espera que otros minerales desempeñen papeles críticos.

+ Litio. Los productores de baterías utilizan más del 80 por ciento de todo el litio extraído en la actualidad; esa proporción podría aumentar al 95 por ciento en 2030.

Parte del crecimiento anunciado de la oferta se sustenta en la adopción de tecnología de extracción directa de litio, una fuente de litio rentable que permite acceder a grandes depósitos que antes eran inaccesibles. Con los avances tecnológicos que favorecen las baterías con alto contenido de litio, la extracción de litio deberá aumentar sustancialmente para satisfacer la demanda de 2030, según nuestras últimas estimaciones de demanda.

+ Níquel. Los temores de una escasez de níquel provocada por el cambio a los vehículos eléctricos ya han provocado importantes inversiones en nuevas minas, en particular en el sudeste asiático, pero será necesario aumentar aún más la oferta a medida que la demanda de baterías de litio-NMC para vehículos eléctricos siga aumentando con el tiempo. Aunque la mayor parte de la demanda de níquel de clase 1 en la actualidad todavía se origina en el sector del acero inoxidable (alrededor del 65 por ciento).

Se espera que el sector de las baterías compita cada vez más con el acero y otros sectores por este níquel, lo que aumenta la posibilidad de una ligera escasez en 2030.

+ Cobalto. Alrededor del 64 por ciento del cobalto, que es en gran medida un subproducto de la producción de cobre y níquel, tiene su origen en la República Democrática del Congo (RDC). Si bien se espera que la proporción de cobalto en la combinación química de las baterías disminuya, la demanda absoluta de cobalto para todas las aplicaciones podría aumentar un 7,5 por ciento al año entre 2023 y 2030.

Se espera que aumente la oferta, principalmente de las minas de cobre de la República Democrática del Congo y de níquel de Indonesia. Es poco probable que haya escasez de cobalto, pero la oferta depende del desempeño del níquel y el cobre. Además, la dinámica de los precios del cobalto y las cadenas de valor más transparentes podrían llevar a un resurgimiento de la demanda de cobalto.

+ Manganeso de alta pureza. Se prevé que el suministro de manganeso crezca moderadamente hasta 2030. Sin embargo, es probable que la creciente demanda de manganeso apto para baterías supere la oferta, lo que requerirá el desarrollo de nuevas refinerías. Aunque el mineral de manganeso es abundante, las aplicaciones para baterías requieren la conversión del mineral en sulfato de manganeso monohidratado de alta pureza (HPMSM). Y si bien la puesta en marcha de una refinería puede requerir un plazo de entrega más corto que la construcción de una mina, la producción de HPMSM requiere un muy buen control del proceso para separar el manganeso de algunas impurezas comunes (como magnesio, calcio, potasio y hierro), en particular con el proceso de purificación por precipitación directa. Cuando se utiliza la ruta de electroobtención para la purificación, el manganeso no se platea tan fácilmente como otros metales como el cobre, por lo que se requiere un control del proceso más estricto y experiencia operativa para platear el metal y luego desoxidarlo.

Para tener en cuenta la rápida adopción de la tecnología LFP, hemos modelado los equilibrios de oferta y demanda con dos escenarios.

En el caso base, utilizando las últimas estimaciones de demanda, el análisis de McKinsey proyecta que en 2030, solo alrededor del 20 por ciento del suministro de HPMSM satisfará los requisitos de las aplicaciones de baterías (30 por ciento si se realizan todos los proyectos anunciados), que a su vez representarán solo alrededor del 5 por ciento de la demanda total de manganeso.

En un mundo donde la rápida adopción de la tecnología LFP se combina con un menor crecimiento en la producción de vehículos eléctricos, la demanda de materiales para baterías podría verse diferente.

CÓMO LAS TENDENCIAS GLOBALES INFLUYEN EN LA OFERTA
Mientras tanto, aunque la demanda general de baterías y materias primas está aumentando rápidamente, la oferta está –y seguirá estando– concentrada en gran medida en unos pocos países con recursos naturales, entre ellos Indonesia, en el caso del níquel; Argentina, Bolivia y Chile, en el caso del litio; y la República Democrática del Congo, en el caso del cobalto. La refinación suele realizarse en otros lugares, a menudo en China (en el caso del cobalto y el litio), Indonesia (en el caso del níquel) y Brasil (en el caso del niobio).

Esta configuración de la cadena de valor plantea consideraciones adicionales para regiones como la Unión Europea y los Estados Unidos, que tienen una gran demanda de materiales importados y a menudo dependen en gran medida de fuentes de un solo país. Por ejemplo, la Unión Europea importa el 68 por ciento de su cobalto de la República Democrática del Congo, el 24 por ciento de su níquel de Canadá y el 79 por ciento de su litio refinado de Chile.

LOS ESTÁNDARES ESG Y LA TRANSPARENCIA DE LA CADENA DE SUMINISTRO SON PARTE DE LA TRANSICIÓN
Además, aunque se puede conocer la concentración de la oferta de materiales como el níquel refinado, el cobalto y el litio, a veces es imposible conocer por completo el origen de las materias primas.

Este es el caso del manganeso de alta pureza, del que más del 95 por ciento se produce en China y volúmenes menores provienen de Bélgica y Japón; grafito, del cual casi todo se refina en China; y la producción de ánodos, en la que China tiene un cuasi monopolio (los ánodos son un componente clave de las baterías de iones de litio).

La transparencia limitada sobre el origen de las materias primas de las baterías también plantea preocupaciones y atención más amplias en materia de ESG. Por ejemplo, el Reglamento sobre baterías de la UE tiene como objetivo que las baterías sean sostenibles durante todo su ciclo de vida, desde la obtención de los materiales hasta la recogida, el reciclaje y la reutilización de las baterías. Es probable que la presión para abordar las preocupaciones ESG aumente en el futuro.

Interrupciones recientes de la cadena de suministro, como las que afectaron al magnesio, el silicio y los semiconductores entre 2021 y 2023. Los compradores necesitan aumentar la resiliencia de la cadena de suministro de materias primas críticas para baterías.

Los riesgos de dependencia de las importaciones para los compradores se ven acentuados por las recientes restricciones comerciales introducidas por los exportadores, incluidos los controles de exportación de China sobre algunos materiales (como el grafito sintético y los productos de grafito en escamas naturales utilizados en los vehículos eléctricos de batería) y la prohibición de Indonesia de exportar mineral de níquel.

Como parte de los esfuerzos por mitigar estos riesgos y garantizar la seguridad del suministro, la diversificación económica y la creación de empleo, la Unión Europea y los Estados Unidos están promulgando una serie de medidas normativas y de política para producir materias primas críticas en el país y aumentar la producción local de baterías.

También están utilizando una serie de incentivos para atraer a las partes interesadas nacionales, incluidos créditos fiscales y limitaciones a las entidades extranjeras preocupantes, para incitar a los proveedores a trasladar sus actividades de otras regiones a las suyas.

¿CUÁL ES EL PERFIL DE EMISIONES DE LAS MATERIAS PRIMAS DE LAS BATERÍAS HOY EN DÍA?
Dado que la adopción de vehículos eléctricos a batería es fundamental para la descarbonización del segmento de transporte de la economía, es vital reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo de toda la cadena de valor. En promedio, alrededor del 40 por ciento de las emisiones de las baterías provienen de los procesos de extracción y refinación de materias primas.

Además, el 40 por ciento de las emisiones ascendentes se puede definir con más precisión mediante los componentes centrales de una celda de batería de un vehículo eléctrico típica. Los distintos tipos de baterías tienen distintos perfiles de emisión.

Por ejemplo, por la naturaleza de su diseño, los cátodos de las baterías de litio-nmc son más emisores que los de las baterías de litio-flúor. Sin embargo, para calcular las emisiones totales de ambos tipos de baterías, se deben tener en cuenta las prácticas de extracción y refinación de la empresa minera y la estrategia de abastecimiento de los productores de baterías.

Las materias primas necesarias para fabricar cátodos representan entre el 50 y el 70 por ciento de las emisiones totales de las materias primas de las baterías (excluidas las láminas de los electrodos), y el níquel y el litio son los que más contribuyen a las emisiones de Li-NMC (alrededor del 40 y el 20 por ciento, respectivamente) y el fosfato a las emisiones de LFP (alrededor del 30 por ciento).

Mientras tanto, las materias primas necesarias para fabricar electrodos de ánodo representan entre un 10 y un 15 por ciento adicional de las emisiones totales de las materias primas de las baterías. Si se consideran únicamente las emisiones de las materias primas (sin incluir las emisiones relacionadas con la transformación del material) para los materiales utilizados para producir un electrodo de ánodo, los precursores de grafito, como las escamas de grafito y el coque de petróleo, son los materiales más emisores, y contribuyen con alrededor del 7 al 8 por ciento de las emisiones totales de las materias primas de las baterías. Es importante destacar que las emisiones del grafito varían en función de si es natural o sintético. Por lo general, la producción de grafito sintético es más emisora ​​que la natural debido a que las emisiones de transformación son mucho mayores.

Con el tiempo, a medida que la industria reduzca las emisiones de los materiales más contaminantes, aumentará la intensidad relativa de las emisiones de los materiales más pequeños. Por ejemplo, el manganeso representa actualmente el 4 por ciento de las emisiones de una batería de litio-NMC; sin embargo, se estima que los esfuerzos de descarbonización que ya están en marcha reducirán sustancialmente las emisiones de litio (en un 50 por ciento), níquel (50 por ciento) y aluminio (70 por ciento).

De esta manera, se les otorga una clasificación de “bajo contenido de carbono”. Si se logran estas reducciones, la contribución del manganeso a las emisiones totales restantes podría casi duplicarse. El resultado es que se requerirán estrategias de reducción específicas, basadas en una comprensión sólida de las fuentes de emisiones y las palancas de descarbonización, para todos los materiales utilizados.

De la misma manera, el perfil de emisiones varía según las fases y los métodos de producción, siendo el procesamiento y el refinado las fases con mayores emisiones para todos los materiales utilizados en las baterías.

Por ejemplo, en el caso de un material con una alta intensidad de emisiones, como el níquel, se necesita una cantidad sustancial de energía durante el proceso de fundición y refinado, en particular cuando se procesan lateritas mediante procesos de lixiviación ácida a alta presión o de horno rotatorio-horno eléctrico, y las emisiones suelen derivar del uso de combustibles fósiles.

¿CÓMO ES UNA BATERÍA SOSTENIBLE?
Vemos oportunidades para que los mejores productores de baterías reduzcan sustancialmente las emisiones en dos horizontes si toman medidas para descarbonizarse en cada paso de la cadena de valor.

Para 2030 (horizonte uno), podrían reducir potencialmente las emisiones en más del 70 por ciento, a menos de 24 kilogramos de CO2 equivalente por kilovatio-hora (kg CO2e / kWh); para 2040 (horizonte dos), podrían reducir aún más las emisiones a menos de 12 kg CO2e / kWh. La mayoría de los fabricantes de baterías ambiciosos se han fijado el objetivo de alcanzar los diez kg CO2e/ kWh ya en 2030.

* Socios, consultores y expertos de McKinsey en las oficinas de Múnic, Luxemburgo, Dallas, Stamford, Bruselas y Zúrich