Cuando Victoria Bracamonte, Guillermina Luque y Andrea Calderón recibieron de una curtiembre esa bolsa de pelos de vaca con “un olor a pis que espantaba”, enseguida pensaron que podía ser una materia prima prometedora para crear baterías de litio de próxima generación. En la mesada del laboratorio, todo el grupo del Laboratorio de Energías Sustentables (LAES) de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) comenzaron a trabajar y el resultado fue un éxito, según la agencia Uniciencia.
El primer paso fue utilizar el pelo de vaca para obtener biocarbón. Pero antes “el curioso insumo tuvo que someterse a procesos más domésticos”. “El pelo de vaca lo obtuvimos de una conocida que trabaja en una curtiembre. El primer desafío fue lavar el pelo para sacarle la orina. En la bibliografía no había nada, así que decidí traerlo a casa y lavarlo en el lavarropas en una bolsita. Luego volví a lavarlo para sacar el remanente de jabón”, cuenta Bracamonte, de 38 años, quien es doctora en Química, investigadora del Conicet y profesora de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la UNC.
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Los pelos limpios se “cocinaron” dos veces hasta alcanzar 500 grados y, luego, 900 grados. Después se le agregó el azufre. Toda esta “receta”. Con este cátodo y un ánodo de litio puro se armó una pequeña batería como la de una pila de reloj. “Se logró un gran rendimiento electroquímico, muy prometedor para estos desarrollos con azufre. Ocurre que durante la carga de una batería de litio-azufre se producen reacciones químicas que generan sustancias (polisulfuros) que van desgastando la capacidad”, explican los investigadores.
No obstante, en las pruebas con biocarbón de pelo de vaca no se observaron estos problemas, al menos luego de 100 ciclos de carga-descarga. “Tenemos que estudiar más en profundidad. Puede haber sustancias o algo en la estructura del biocarbón de pelo de vaca que esté evitando que se formen estas sustancias indeseadas”, comenta Ezequiel Leiva, integrante del LAES e investigador de Conicet y de la UNC.
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“La estructura inicial del pelo puede tener un impacto sobre la morfología final del biocarbón y ser la responsable de esta mejora”, agrega Bracamonte.
Tal es así que Y-TEC, la empresa de YPF y Conicet, decidió patentar el desarrollo en EEUU. “Los siguientes pasos son escalar la producción y conectar las industrias de la curtiembre y de las baterías para generar un proceso circular. Esto es a largo plazo”, asegura Bracamonte.
Para Leiva, “se trata de baterías que podrían llegar a estar en el mercado recién dentro de 10 años, son una tecnología muy distinta a la actual”.
“El desarrollo y la prueba a escala industrial van a llevar tiempo. En todo caso, tampoco reemplazarán a las baterías actuales. Es probable que convivan”, explica.
Según informan, las baterías son necesarias para el boom de vehículos eléctricos que comienza a asomarse. “De esta manera se busca transformar el sector de transporte, uno de los principales emisores de gases de efecto invernadero originados tras la combustión de nafta, gasoil y gas. El objetivo es acelerar la transición energética y reducir el impacto del cambio climático”, indican.
Mayor autonomía
Leiva, quien este año recibió el premio Konex como uno de los 100 científicos argentinos más destacados de la década pasada, asegura que este tipo de baterías brindarán más autonomía a los futuros vehículos eléctricos. “Una batería de litio actual de 200 kilos permite que un auto recorra entre 160 a 200 kilómetros. Son pocos kilómetros. Las baterías de litio-azufre permitirán autonomías de hasta 400 kilómetros”, explica.
En este contexto, remarcan que las curtiembres son una importante industria que utiliza mano de obra y materia prima nacionales, “pero producen gran cantidad de residuos sólidos y el pelo de vaca es el principal: de cada tonelada de piel de vaca húmeda se generan 85 kilos de pelo residual”.
De la investigación también participaron Fernando Cometto, Sofia Raviolo y Melina Cozzarin. “El trabajo a partir del que se presentó la patente ya fue aceptado para su publicación en la revista Chemistry Select y se encontrará próximamente disponible bajo el título de ‘Sustainable Cow Hair Biocarbon-Sulfur Cathodes with Enhanced Electrochemical Performance’”, detallan.
Daniel Barraco, investigador de Conicet, integrante del Laes y secretario de Ciencia y Tecnología de la UNC, señala que esto es “un claro ejemplo de que la ciencia básica argentina puede llevar a desarrollos importantes que luego pueden tomar las industrias locales y así hacer crecer la economía y el trabajo calificado”.
“Fueron dos años de trabajo duro con la pandemia de por medio. Hicimos frente a situaciones adversas de financiamiento, de accesibilidad a técnicas y, por momentos, de frustración. Pero lo logramos”, precisa Bracamonte.
Cómo funciona una batería de litio
Las baterías actuales tienen un ánodo de grafito y un cátodo de cobalto y níquel. Estos últimos son elementos escasos, caros y contaminantes. Cuando se cargan, los iones de litio pasan al ánodo. Así se almacena la energía. Durante “el uso de la batería (la descarga) los iones de litio se mueven en el sentido inverso”.
Para lograr baterías más eficientes, “se deben resolver varias limitaciones de este proceso, como la cantidad de ciclos de carga-descarga, capaz de soportar la batería, la velocidad de carga y su densidad de energía”. Todo ello sin comprometer su seguridad; esto es, evitar sobrecargas, sobrecalentamientos y cortocircuitos.
“Utilizar el azufre como cátodo podría generar una mejora en estas cualidades, además de ser un elemento más abundante, menos contaminante y menos costoso. Es decir que se obtendría una batería más sustentable. Pero este azufre necesita un esqueleto en donde adherirse para formar el cátodo. Aquí es donde viene el pelo de vaca”, comentan.
Una de las sustancias que se estudian para crear estos esqueletos son los biocarbones: carbonos obtenidos a partir de la “cocción” de residuos orgánicos. El biocarbón tiene estructuras micro y nanoporosas, lo que le da una mayor superficie de exposición. Esta cualidad puede mejorar la velocidad de carga, la densidad de energía y dar mayor estabilidad en los ciclos de carga.
Por último, Barraco asegura que este desarrollo no fue una serendipia, un descubrimiento casual: “Se viene colaborando con Y-TEC en el desarrollo de biocarbones desde 2017. Comenzamos con fécula de mandioca y luego fuimos complejizando con estudios en cáscara de maní, de arroz y otros”.
