Fes-te subscriptor de VilaWeb

Aquest diari existeix perquè més de vint mil lectors han decidit que poden i volen pagar cinc euros el mes perquè tots rebeu tota la informació amb accés obert. Però no n'hi ha prou. En necessitem més. Tu ho vols i pots? Fes-te'n subscriptor ací.

La companyia californiana Tesla finalment ha celebrat l’esperat ‘Tesla Battey Day’, en què ha sorprès el nou enfocament. Tesla diu que es va massa lent en l’electrificació del transport i l’adopció de les energies renovables. Actualment, hi ha moltes dificultats per a augmentar la fabricació bateries, calen grans inversions i les fàbriques esdevenen molt complexes. És per això que Tesla ha decidit d’adoptar un enfocament global i actuar en totes les fases de producció, des de l’obtenció de matèries primeres i els processos que les transformen, fins a la manera com es fabriquen les bateries i els vehicles. Amb dos objectius clars: vol abaixar a la meitat el cost de les bateries en uns tres anys i augmentar molt la producció durant aquesta dècada. Per assolir-ho, ha de simplificar processos al màxim i aconseguir que la construcció de noves fàbriques no requereixi tanta inversió econòmica i alhora que sigui més ràpida i menys complexa. Amb aquests canvis, espera poder produir un vehicle prou barat –25.000 dòlars– per a arribar a bona part de la població i convertir-se en el primer fabricant d’automòbils del món amb una producció de 20 milions de vehicles.

El problema de la producció de bateries i com accelerar la revolució energètica

A VilaWeb ja us hem parlat de la manca de bateries en el sector automobilístic. No és un problema de manca de materials, de finançament o tecnològic, sinó que el volum requerit de bateries implica fer moltes fàbriques noves, la qual cosa porta temps, a banda de ser complex i car. Els californians consideren que per electrificar tot el transport cal multiplicar per 100 la producció actual de bateries. Tenen la intenció d’augmentar la producció de 100 GWh anuals d’emmagatzematge en forma de bateries a 10 TWh (1 TWh són 1.000 GWh). Aquesta va ser una de les primeres sorpreses de la presentació. Fa anys que Tesla té una ‘gigafactoria’ i la competència malda per igualar-ho. Per això ara els californians han anat un pas més enllà i volen augmentar la producció a un volum que ningú no s’havia proposat mai: produir en termes de TWh anuals. És a dir, crear ‘terafactories’. Espera poder produir anualment 5.000 GWh (5 TWh) per a turismes petits i compactes, 2.000 GWh per a cotxes de luxe, tot camins i camionetes tot terreny (pickups) i 3.000 GWh per a vehicles comercials –camions i furgonetes.

Si aquest objectiu ja és agosarat, en el camp de la producció de bateries per a l’emmagatzematge d’energia –sigui per a llars o centrals elèctriques–, l’objectiu és encara més gran: multiplicar la producció actual per 1.600 fins a arribar a produir també 10TWh. En conjunt, Tesla vol produir un mínim de 20 TWh anuals durant quinze o vint anys per tal de contribuir de manera molt significativa a la transformació energètica mundial. El desafiament és immens, perquè actualment els seus proveïdors no li proporcionen més de 0,1 TWh anualment. Tanmateix, els guanys també són potencialment immensos: el 99% de la flota mundial de 2.000 milions de vehicles s’ha d’electrificar, i l’emmagatzematge d’energia és un mercat nou per explotar. Amb les innovacions presentades, la companyia aspira a arribar a fabricar 20 milions de vehicles anualment. Si tenim en compte que el líder mundial, el grup Volkswagen, en produeix 11 milions, l’objectiu de Tesla és doblar la producció del primer fabricant mundial actual.

Els plans de Tesla per a millorar la producció de bateries.

Els passos per a abaixar el preu de les bateries a la meitat

Com ho farà, Tesla, per assolir uns objectius que mai ningú no s’havia proposat? Elon Musk i el seu equip han dividit el desafiament en un seguit de problemes a solucionar. La primera conclusió és que les actuals fàbriques de bateries no serveixen. No poden augmentar la producció amb la velocitat requerida i hi cal una gran inversió en materials i tecnologia –calculen uns 2 bilions de dòlars. Per a produir 20 TWh anuals, Tesla hauria de construir 134 gigafactories addicionals, una fita inviable. El segon objectiu és fer bateries molt més econòmiques. Això ha de permetre de construir vehicles elèctrics molt més barats i que l’emmagatzematge esdevingui normal a les llars i a les centrals elèctriques. Consideren que la corba d’abaratiment de les bateries s’ha estabilitzat i és massa lenta.

Com pensen resoldre aquests dos grans problemes? En primer lloc, Tesla ha començat a fabricar bateries en una planta pilot amb una capacitat de producció anual de 10 GWh. Trigarà un any a assolir aquest volum, però serà suficient per a 125.000 vehicles. Una vegada en funcionament, esperen poder produir internament 100 GWh anuals l’any 2022 i 3 TWh l’any 2030. Com veiem, la solució al repte no serà immediata. Tenen la intenció que la resta de producció fins als 20 TWh sigui proporcionada pels seus proveïdors actuals –com ara Panasonic, LG i CATL– o uns altres de nous, que fabriquen les bateries a les instal·lacions de Tesla. La companyia californiana seria el líder tecnològic a seguir per la resta del sector. Més important és el pla per a abaixar a la meitat el cost de les bateries. Novament, aquest gran envit requereix de resoldre diversos problemes simultàniament, amb un plantejament general de simplificació màxima de processos. Amb aquesta intenció, la primera cosa que han fet és simplificar el disseny de les piles cilíndriques que conformen les bateries dels seus productes. Passaran a ser més grans i amb menys parts internes. Amb això aconsegueixen que cada pila contingui cinc vegades més d’energia i proporcioni sis vegades més de potència. Només amb aquesta acció, s’augmenta un 16% l’autonomia del vehicle per a un mateix volum de bateria i s’aconsegueix que el preu d’un kWh s’abaixi un 14%.

Tesla vol abaixar el preu de les bateries innovant a tota la cadena de producció.

Un altre dels canvis estructurals que vol implementar és redissenyar les fàbriques que fan bateries. ‘La màquina que fa màquines’, com no es cansa de repetir Elon Musk. I per això s’han inspirat en la indústria del paper i els envasos, ja que el procés de fabricació s’hi assembla. Tesla vol aprofitar el coneixement d’aquestes indústries per a augmentar la velocitat de les línies de fabricació. Doble velocitat, doble producció. De fet, esperen multiplicar per 7 la seva producció, i assolir 20GWh anuals per línia d’assemblatge. Un canvi més radical se centra a generar les làmines que formen una pila –ànodes i catòdes— mitjançant un procés en sec. Fins ara, els metalls que els conformen es trituren fins obtenir una pols molt fina, que es fixa a les làmines allargades que posteriorment s’enrotllen i formen la pila que tots coneixem. En el procés de fixació s’utilitza un gran volum de productes químics, aigua i energia. Tesla vol prescindir completament d’aquesta part, posant directament la pols sobre les làmines. Estimen que d’aquesta manera reduiran 10 vegades l’energia necessària i l’espai requerit en aquest pas. Un dels altres objectius és optimitzar el procés de càrrega i descàrrega d’electricitat de les piles un cop fabricades, un procés conegut com a ‘formació’. Totes aquestes millores en el procés de fabricació provoquen que la inversió necessària en una nova planta per produir 1 GWh anual sigui un 75% menor a l’actual, i que la fàbrica sigui 10 vegades més petita. Al final, tot això provoca un descens del 18% en el preu del kWh. Sumat al 14% anterior, ja tenim un 32% de reducció del preu.

Tesla també vol substituir els materials els quals es fabriquen les bateries. Així, vol substituir l’ànode, actualment de grafit, per un de silici, més abundant i barat. Aquest canvi fa que els vehicles guanyin un 20% d’autonomia a igual volum de bateria. El resultat és un 5% d’abaratiment addicional en el cost del kWh. Més complex és el càtode. Tesla vol prescindir del cobalt, un element molt polèmic però que permet una gran densitat energètica: paràmetre cabdal en els vehicles, perquè l’espai on encabir la bateria és limitat. L’aposta dels californians són els càtodes de níquel, un element més barat, malgrat que ofereix una densitat energètica menor i és més inestable que el cobalt. A més, fa servir càtodes de ferro des que ha inaugurat una fàbrica a la Xina, país que opta per aquesta tecnologia –ferrofosfat de liti o LFP– perquè és molt més econòmica, suporta més cicles de càrrega-descàrrega –les bateries tenen una vida útil més llarga– però que ofereix una densitat energètica molt inferior. Tesla combinarà tecnologies, en funció del producte: LFP en l’emmagatzematge de xarxa, on l’espai no és un element crític, o en els vehicles més barats; níquel, en combinació amb manganès, en turismes on calgui una gran autonomia; i níquel exclusivament en camionetes i camions, on és molt important tenir la màxima autonomia. Tesla també vol canviar la producció dels càtodes, un procés que consumeix una gran quantitat d’elements químics i d’aigua. Espera assolir un estalvi del 66% de la inversió necessària en noves línies de producció, un cost operatiu un 76% inferior i no generar aigües residuals.

La nova pila de Tesla, molt més gran que les actuals i amb més energia.

A més, simplificant la fabricació i estructura de càtodes i ànodes, també en simplifica el seu reciclatge, i aconsegueix que sigui més econòmic en obtenir els elements necessaris de les bateries exhaurides i no pas de roques, cosa que disminueix força la necessitat de noves mines. Pel que fa al liti, vol obtenir-lo exclusivament a partir de dipòsits d’argiles presents a l’estat de Nevada (EUA), emprant un nou mètode d’extracció que utilitza només aigua. A més, un cop extret el liti de les argiles –hi és present en forma de sals–, aquestes poden tornar a ser dipositades al mateix lloc, cosa que minimitza l’impacte ambiental de la seva mineria. Totes aquestes millores suposen un 17% d’estalvi addicional en el cost del kWh. En total, un 49% de reducció.

Finalment, Tesla ha presentat una innovació que mostra l’esperit de millora contínua de la companyia. Quan Tesla va presentar el seu Model 3, el sector es va sorprendre com d’endarrerida estava la companyia en la fabricació del xassís del vehicle, el seu esquelet. Estava malbaratant desenes de milions de dòlars en la seva fabricació. Tesla en va prendre nota ràpidament, i amb el nou Model Y va corregir-ho. Però ha volgut anar més enllà, i a partir d’ara es vol situar per davant de tota la indústria, adoptant una aproximació completament diferent. Fins ara, els xassís o bastidor d’un vehicle elèctric era igual que el d’un de combustió, amb l’única diferència que s’hi cargola una bateria a la part inferior. Tesla ha presentat dues innovacions relacionades. La primera, produir tota la part de darrere del xassís en una única peça –novament la simplificació n’és l’objectiu–, gràcies a unes grans premses i un nou aliatge metàl·lic. Aquesta fita no havia estat aconseguida per cap fabricant fins ara. La segona és que, en comptes de fixar la bateria al xassís, la bateria sigui el xassís, esdevenint un element estructural del vehicle.

Amb les millores en l’enginyeria del xassís i les bateries, la companyia ha pogut eliminar pes –reducció del 10% de la massa del vehicle–, una rigidesa superior que millora la seva conducció, simplifica la fabricació del vehicle –conté 370 parts menys i calen menys màquines– i n’augmenta l’autonomia un 14%. Tot això aconsegueix una abaixada del 55% en la inversió necessària per a noves fàbriques i un 35% d’estalvi en l’espai requerit a les plantes comparat amb el sistema actual. Tot plegat provoca que el cost del kWh s’abaixi un 7% addicional. Total, un estalvi del 56% en el preu de les bateries, un augment del 54% de l’autonomia i un 69% de reducció de la inversió necessària per a fabricar 1 GWh. La previsió és que tots aquests canvis es puguin implementar en uns 3 anys. Han de ser la base també per a la producció d’un model econòmic al voltant de 25.000 dòlars, que es podria estar desenvolupant ja a la fàbrica xinesa.

Els interrogants pendents

No tot han estat bones notícies. S’esperava que Tesla anunciés la bateria de 2 milions de quilòmetres, una fita que la xinesa CATL ja ha aconseguit. El fet que els californians no hagin fet cap esment als cicles de càrrega-descarrega –és a dir, a la durabilitat de les bateries– fa pensar que les noves innovacions presentades se centren en abaixar-ne el cost i simplificar-ne el procés de fabricació mentre se’n manté la vida útil actual. D’altra banda, Tesla té una fàbrica en funcionament a Califòrnia, tres en ampliació –Xangai, Nevada i Nova York– i dues en construcció –Berlin i Texas. La presentació mostra que estan centrant tots els esforços a millorar i abaratir la ‘maquina que fa màquines’. És a dir, la capacitat de construir fàbriques ràpidament, de manera barata i amb la mínima complexitat possible. Tot apunta que Tesla obrirà més plantes a la Xina, Europa, l’Índia i, fins i tot, l’Àfrica. Si vol superar a Volkswagen, aquesta té 100 plantes.

Un altre detall de la presentació és que Elon Musk l’ha compartida amb altres membres de la companyia. Un fet inusual en ell. En el passat, l’emprenedor havia afirmat que els guanys que obtenia a Tesla els volia dedicar al seu projecte principal: fer dels humans una espècie interplanetària que colonitzaria Mart. Amb la forta revalorització en borsa de Tesla recentment, Musk s’ha convertit en una de les persones més riques del planeta, amb 100.000 milions de dòlars. Una vegada fixat un full de ruta a 10 anys vista per a Tesla, estarà Musk pensant en adoptar un rol més secundari en la companyia que l’ha fet famós per a fer un cop d’ull a l’empresa SpaceX, la qual està desenvolupant una nau espacial per a viatjar per tot el sistema solar?

Fes-te'n subscriptor i construeix amb VilaWeb25 el diari nou que els Països Catalans necessiten ara.

60€/any | 18€/trimestre
120€/any | 35€/trimestre

Si no pots, o no vols, fer-te'n subscriptor, ara també ens pots ajudar fent una donació única.