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Los vehículos eléctricos (EV) son comúnmente aclamados como una especie de panacea para combatir el problema del cambio climático.
Al prescindir de los motores de combustión "sucios" y contaminantes, estos modos de transporte totalmente eléctricos son, según se afirma, solo el billete para un futuro más ecológico y sostenible . Pero, ¿es esto realmente cierto? Para responder a esto, analicemos detenidamente la validez de las "credenciales ecológicas" de EV.
¿Cuál es el impacto medioambiental de los vehículos eléctricos?
Hay algunos beneficios ambientales muy reales para los vehículos eléctricos sobre el papel. En realidad, no existe el "almuerzo gratis"; puede que no sean tan "limpios" después de todo. Una paradoja, por así decirlo. Los vehículos eléctricos, como cualquier cosa fabricada, requieren materias primas para ser producidos, y algunos de estos materiales vienen con costes ambientales potenciales muy serios.
Uno de los más graves es el litio. Al formar el cátodo de la mayoría de las baterías de iones de litio, algunas de las formas en que se obtiene el litio están lejos de ser respetuosas con el medio ambiente.
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| Fuente: Peter Miller / Flickr |
El litio, un metal alcalino, ha experimentado un enorme crecimiento en la demanda en las últimas décadas. Esto se debe en parte al crecimiento de la promoción del uso de vehículos eléctricos, pero también al hecho de que el litio se usa en las baterías de muchos dispositivos electrónicos, como teléfonos inteligentes y ordenadores portátiles. El litio también es un recurso crudo importante para la producción de vidrio y cerámica.
Y su uso se ha ido acelerando con el tiempo. Según algunas fuentes, entre 2008 y 2018, la producción anual de litio aumentó de 25.400 a 85.000 toneladas .
Dejando a un lado la producción de baterías de iones de litio, otros impactos ambientales incluyen los tipos de motores utilizados en los vehículos eléctricos. Dependiendo del modelo, estos serán imanes permanentes o motores de inducción.
Los primeros tienden a estar hechos de metales de tierras raras que requieren procesos de extracción y refinamiento que consumen mucha energía. La extracción de estos materiales también puede conducir a la liberación de subproductos tóxicos que, en países con prácticas ambientales menos que ideales, pueden ser devastadores para el medio ambiente.
Otro impacto ambiental de los vehículos eléctricos es el método en el que se obtiene la electricidad que se utiliza para alimentarlos. Para muchos países, esto todavía incluye grandes cantidades de centrales eléctricas de combustibles fósiles.
Dejando a un lado las emisiones de dióxido de carbono, la combustión de combustibles a base de carbono libera otros humos nocivos, incluidos azufre y óxidos nitrosos, así como material particulado. Esto puede provocar impactos ambientales secundarios como la lluvia ácida y puede causar problemas respiratorios si el material particulado alcanza un cierto umbral.
Los vehículos eléctricos, como los vehículos con motor de combustión, también liberan partículas de sus sistemas de frenado. Estas llamadas " emisiones de partículas que no son de escape (PM) " también pueden contribuir a enfermedades respiratorias en áreas urbanizadas como las ciudades.
Y los efectos de esto pueden ser significativos. Según algunas estadísticas, esta forma de PM puede ser responsable de miles de muertes prematuras solo en el Reino Unido. Es importante tener en cuenta que este tipo de estadísticas rara vez distingue entre la fuente de las partículas e incluyen varias fuentes, incluidos los vehículos eléctricos y los vehículos con motor de combustión convencional.
Curiosamente, el amianto solía usarse como pastillas de freno en muchos vehículos, pero desde entonces ha sido prohibido en muchos países del mundo.
Si bien generalmente se considera una fuente de contribución más pequeña que los vehículos con motor de combustión interna (ICE), los vehículos eléctricos aún requieren sistemas de frenado por fricción para operar de manera segura. Los sistemas de frenado regenerativo se pueden utilizar para aliviar el problema de la generación de PM al frenar, pero en última instancia, para detener cualquier vehículo, es probable que sea necesario algún tipo de frenado basado en la fricción.
Por esta razón, podría entrar en juego un factor denominado " efecto rebote ". A medida que los vehículos eléctricos se vuelven más populares con el tiempo, las autoridades los incentivan, sus costes se reducen con el tiempo y se alienta a más personas a usarlos.
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| Fuente: sagesolar / Flickr |
Como resultado, veremos más de ellos en nuestras carreteras, aunque dado que liberan menos PM en general, esto puede ser un beneficio. El problema con los PM también podría mitigarse, para todo tipo de vehículos, con avances en los sistemas de frenado sin fricción (como los sistemas de frenos por corrientes parásitas), aunque es probable que estén a algunos años de ser comercialmente viables.
¿Cuáles son los beneficios de las baterías de iones de litio en los vehículos eléctricos?
Las baterías de iones de litio , Li-ion para abreviar, son una de las fuentes de energía portátil más ubicuas en el mundo actual. Puede encontrarlos en teléfonos celulares, ordenadores portátiles, herramientas eléctricas y, por supuesto, vehículos eléctricos. La razón de esto es variada pero, en resumen, la tecnología es confiable, requiere poco mantenimiento, tiene una duración relativamente larga, se puede cargar rápidamente y, por lo general, es segura y fácil de usar.
Todos los grandes atributos como fuente de energía portátil.
Pero una de las principales características destacadas de esta tecnología es la capacidad de recargar las baterías según sea necesario. De hecho, la mayoría de las baterías de iones de litio se pueden cargar, descargar y recargar cientos de veces antes de caducar. En comparación con otros tipos comunes de baterías, las baterías de iones de litio también tienden a tener una mayor densidad de energía, capacidad de voltaje y una tasa de autodescarga más baja.
Esto los convierte en una excelente manera de almacenar y transportar energía de manera eficiente y sencilla. Ampliemos algunos de los principales beneficios de la tecnología:
- Las baterías de iones de litio requieren menos mantenimiento: con respecto al mantenimiento, las baterías de iones de litio, a diferencia de las baterías de plomo-ácido, no necesitan ser "regadas", lo que significa que requieren menos supervisión y operarios capacitados para realizar el mantenimiento.
- Duran mucho tiempo: las baterías de iones de litio, como se dijo anteriormente, duran relativamente mucho tiempo. En promedio, se puede esperar que una batería de iones de litio siga funcionando durante ocho años o más (según el uso).
- Las baterías de iones de litio son recargables: ya sea que se utilicen para electrodomésticos o máquinas industriales, la capacidad de recargarlas a voluntad es increíblemente útil. La carga también es relativamente rápida y cada vez más rápida (como hemos visto con los avances en la carga súper rápida en los vehículos eléctricos).
- Por lo general, son seguras: como las baterías de iones de litio no necesitan los productos químicos altamente tóxicos que se encuentran en las baterías más convencionales, como los componentes ácidos de las baterías de plomo-ácido, son relativamente más seguras de usar y desechar.
- Las baterías de iones de litio son relativamente respetuosas con el medio ambiente: en comparación con las baterías de plomo-ácido y con las alternativas de combustibles fósiles, las baterías de iones de litio son mucho mejores para el medio ambiente. El litio no es un metal pesado tóxico como el plomo, y la sustitución directa de los vehículos con motor de combustión interna por vehículos eléctricos que utilizan baterías de iones de litio como fuente de energía ayuda a reducir las emisiones.
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| Fuente: Toshiyuki IMAI / Flickr |
Sin embargo, como está a punto de descubrir, los beneficios medioambientales de las baterías de iones de litio pueden, en cierto modo, ser miopes.
¿Cuál es el impacto medioambiental de la producción y eliminación de baterías?
Posiblemente, el impacto ambiental más importante de los vehículos eléctricos es la forma en que se obtienen las baterías de litio. Estas baterías tienden a consistir en cobalto de litio para el cátodo y grafito para el ánodo. El electrolito de una batería de iones de litio para vehículos eléctricos también está hecho de sal de litio.
Más de la mitad de este litio proviene del llamado Triángulo de Litio que se encuentra debajo de Argentina, Bolivia y Chile . Para extraerlo, los mineros perforan agujeros en las salinas y bombean la salmuera salada y rica en minerales a la superficie, dejándola que se evapore en enormes lagos o estanques artificiales.
Este proceso utiliza mucha agua, cerca de 2 millones de litros por cada tonelada de litio producida. Un consumo tan enorme de agua impacta no solo los ecosistemas circundantes, sino que también tiene un gran impacto en los agricultores locales, por razones obvias.
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| Montones de sal listos para su recolección en el Salar de Uyuni en Bolivia. La corteza se encuentra unos centímetros por encima de un charco de salmuera rica en litio. Fuente: Dan Lundberg / Flickr |
No solo eso, sino que estas grandes piscinas de evaporación a menudo están lejos de estar selladas. Esto puede y ha provocado la filtración de sustancias tóxicas en el suministro de agua circundante. Como sucedió en el Tíbet hace unos años, la liberación accidental de sustancias como el ácido clorhídrico mata grandes cantidades de especies acuáticas como los peces.
Pero las baterías de vehículos eléctricos no son solo de litio. Hay algunos otros componentes clave que son tan potencialmente dañinos para el medio ambiente como el litio, si no más, entre el cobalto y el níquel . El primero se encuentra en grandes depósitos en la República Democrática del Congo y África central. Y este es uno de los principales problemas: su ubicación geográfica.
Es relativamente fácil extraer cobalto, lo que ha generado un gran incentivo para extraerlo y venderlo. Sin embargo, esto a menudo se lleva a cabo de manera insegura y con poca preocupación por el medio ambiente en empresas denominadas " minas artesanales ". Estas minas informales a menudo implican el uso de mano de obra infantil que extrae las materias primas a mano con poco o ningún equipo de protección.
La extracción de cobalto produce una gran cantidad de material particulado en el aire, que a menudo contiene contaminantes tóxicos como el uranio. La inhalación de estas sustancias se ha relacionado con problemas de salud graves, como enfermedades respiratorias y defectos de nacimiento. Los sitios de extracción de cobalto también suelen contener materiales que contienen azufre que pueden generar ácido sulfúrico cuando se exponen al aire y al agua. Cuando este ácido se drena de las minas, puede devastar ríos, arroyos y otros entornos acuáticos y terrestres durante mucho tiempo.
El lugar donde se fabrican las baterías para vehículos eléctricos también es un factor importante al considerar su impacto ambiental. Según Forbes , las baterías producidas en China producen alrededor de un 60% más de dióxido de carbono que los motores de combustión interna.
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| Fuente: NUST / MISIS |
Si se pudiera convencer a China de que adopte los estándares occidentales para la producción, esto podría reducirse significativamente. El informe también encontró que estas fábricas podrían reducir sus emisiones hasta en un 66% si adoptaran técnicas de fabricación utilizadas en América o Europa. Si esto sucediera, el proceso de extracción y producción de baterías estaría a la par o ligeramente superior al proceso de fabricación de los vehículos ICE.
Las baterías de los vehículos eléctricos también tienden a ser bastante pesadas. Esto puede resultar en otros impactos ambientales, a menudo pasados por alto, como la necesidad de intentar reducir el peso en otras partes del automóvil. Los materiales más livianos, como los polímeros a base de fibra de carbono, tienden a ser más intensivos en energía de producir y difíciles de reciclar.
Otro problema con los vehículos eléctricos es la forma en que se genera la electricidad utilizada para cargar sus baterías. Si bien se han dado pasos agigantados al agregar tecnologías renovables a la combinación energética de muchos países, muchos todavía dependen en gran medida de las centrales eléctricas basadas en carbono.
Esto tampoco es insignificante. Según algunas fuentes , los vehículos eléctricos, en promedio, emiten alrededor de 2018 kg de CO 2 cada año de forma indirecta. Para poner eso en perspectiva, los coches de gasolina convencionales emiten al menos el doble. Sin embargo, es importante tener en cuenta que esto varía mucho en todo el mundo.
Sin embargo, la producción de baterías es solo la mitad de la historia. La forma en que se desechan las baterías al final de su vida útil también puede dañar el medio ambiente. En la actualidad, son pocos los países que intentan reciclar regularmente las baterías de iones de litio. Esto ha llevado y seguirá provocando que grandes cantidades de baterías gastadas terminen sus días en vertederos.
Esto es increíblemente derrochador, ya que muchos de los componentes principales, como el litio, podrían recuperarse y reutilizarse. Si bien se puede lograr el reciclaje, la mayor parte de la investigación actual se ha centrado en mejorar la durabilidad, la eficiencia y la reducción del coste de producción .
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| Algunas técnicas nuevas pueden convertir las baterías viejas en fertilizante. Fuente: Singkham / iStock |
Las prácticas actuales implican simplemente la fundición (fusión y extracción a alta temperatura) de baterías viejas en un proceso bastante similar al de la industria minera. Este es un proceso que consume mucha energía (lo que agrava el coste oculto de CO 2 de los vehículos eléctricos durante su construcción). Sin embargo, mejorar los métodos de reciclaje de estas baterías viejas podría ser potencialmente muy lucrativo. También puede volverse cada vez más esencial geoestratégicamente a medida que pasa el tiempo.
¿De dónde viene el litio?
El litio, uno de los componentes principales de las baterías de iones de litio, proviene de dos fuentes principales: salmuera y depósitos de roca dura. El primero se encuentra generalmente en los lagos salados y se extrae por evaporación del agua para dejar sales concentradas de litio.
La evaporación de la salmuera es la forma más simple y común de extracción de litio, pero tiende a producir el grado más bajo del material. En la actualidad, más de la mitad de los recursos de litio del mundo se encuentran debajo de los salares en las regiones andinas de Argentina, Bolivia y Chile.
La extracción se lleva a cabo bombeando grandes cantidades de agua subterránea de salmuera de pozos perforados para dejarla evaporar en charcas de salmuera o estanques. También llamados salinas, o salinas, o salars, aquí el agua de salmuera rica en litio se deja evaporar al sol.
Dependiendo de la composición del agua subterránea, esto tiende a conducir a una mezcla concentrada de sales de manganeso, potasio, bórax y litio. A continuación, se filtra y se coloca en otra piscina de evaporación hasta que se pueda extraer una cantidad comercialmente viable de sal de carbonato de litio.
Estas piscinas o estanques pueden convertirse en refugios para algunos tipos de vida silvestre, incluidas las algas y algunas aves en peligro de extinción. Como regla general, se necesitan alrededor de 2 millones de litros de agua para producir una tonelada de litio. Los depósitos de roca dura, por otro lado, tienden a producir los mejores rendimientos de litio. Entonces, ¿cómo se extrae el litio?
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| La instalación de Chemetail Foote Lithium Operation en Nevada. Fuente: Doc Searis / Flickr |
La minería de litio duro requiere costes de inversión comparativamente muy altos, así como un extenso mapeo geológico y exploración para encontrar depósitos adecuados. Una vez encontrado, el equipo de perforación se utiliza para extraer el mineral de litio, que proporciona litio de mejor calidad a costa de una mayor carga monetaria.
Hay varios minerales de litio que incluyen, entre otros, petalita (LiAl (Si2O 5 ) 2 , lepidolita K (Li, Al) 3 (Al, Si, Rb) 4 O 10 (F, OH) 2 , espodumeno LiAl (SiO 3 ) 2. Hasta la fecha, las mayores fuentes de litio de roca dura incluyen Australia y Chile.
La extracción de litio en roca dura tiende a requerir alrededor de 3 a 4 años de inversión de capital antes de volverse productiva, y las minas (dependiendo de las reservas de mineral) tienden a tener una vida productiva promedio de aproximadamente 16 años.
Los métodos de extracción por evaporación de salmuera tienden a requerir unos 5 años de inversión antes de la producción, pero tienden a durar mucho más que la minería de roca dura, con una vida útil promedio de unos 30 años.
Según algunas estimaciones, al ritmo actual de consumo y producción, se espera que haya un déficit de litio a mediados de la década de 2020.
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| Muestra de ejemplo de petalita. Fuente: Eurico Zimbres / Wikimedia |
¿Se pueden reciclar las baterías de iones de litio?
Como hemos mencionado anteriormente, las baterías de iones de litio ciertamente se pueden reciclar. Sin embargo, las prácticas actuales de reciclaje de baterías de iones de litio y los proyectos que se están desarrollando actualmente están todavía en su infancia. Por ejemplo, en Australia, solo alrededor del 2-3% de las baterías gastadas se recolectan y se envían al extranjero para su reciclaje. Las tasas europeas y estadounidenses no son mucho mejores, alrededor del 5%, más o menos.
"Hay muchas razones por las que el reciclaje de baterías de iones de litio aún no es una práctica universalmente bien establecida", afirma Linda L. Gaines del Laboratorio Nacional Argonne en una entrevista . Las razones incluyen cosas como limitaciones técnicas, barreras económicas, problemas logísticos y vacíos regulatorios, por nombrar solo algunos.
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| Fuente: John Seb Barber / Flickr |
En la actualidad, la mayoría de los proveedores y sus clientes se están centrando en mejorar la vida útil y la eficiencia de las baterías y en reducir sus costes en lugar de centrarse seriamente en reciclarlas al final de sus vidas. El método más común de reciclar las baterías es derretir las baterías gastadas a altas temperaturas para recuperar los metales preciosos que contienen. Esto requiere mucha energía y en realidad es más costoso que extraer y refinar nuevos materiales a partir de fuentes crudas.
La investigación está en curso, pero la mayoría de los esfuerzos siguen siendo proyectos a pequeña escala realizados por grupos de investigación independientes o nuevas empresas. Sin embargo, también se han lanzado algunas iniciativas gubernamentales para intentar frenar la creciente ola de baterías usadas.
Por ejemplo, en enero de 2019, el Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) lanzó el primer centro de I + D de reciclaje de baterías de iones de litio del país, el Centro ReCell . La idea es ayudar a que el reciclaje de baterías sea rentable y permitir que Estados Unidos se vuelva autosuficiente en los recursos de baterías de los que carece, como el cobalto.
En el Reino Unido, un grupo de investigadores de varias universidades también han creado un consorcio para lograr un objetivo similar. El proyecto, denominado Reutilización y reciclaje de baterías de iones de litio , reúne a 50 científicos e ingenieros de ocho instituciones y 14 socios de la industria.
¿Qué se puede hacer para que los vehículos eléctricos sean realmente "ecológicos"?
Entonces, dados los impactos ambientales muy reales que los vehículos eléctricos tienen en el planeta, ¿qué se puede hacer para que sean realmente "verdes"? Aquí hay unos ejemplos.
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| Fuente: E-pit / Hyundai Motor Group |
1. Prescindir por completo de las baterías de iones de litio
Dado que las baterías de los vehículos eléctricos son peligrosas para el medio ambiente, desde la cuna hasta la tumba, el paso más lógico sería dejar de usarlas por completo. Sin embargo, esto es mucho más difícil de lo que parece. Después de todo, hay buenas razones por las que las baterías de iones de litio se han vuelto tan omnipresentes (como detallamos anteriormente). Dicho esto, existen algunas posibles vías por explorar.
Un ejemplo son las baterías a base de sal que se están desarrollando actualmente a través de una colaboración entre la Universidad de Nottingham y seis institutos de investigación en China. Al combinar el rendimiento del combustible de óxido con las baterías de metal-aire, estas baterías podrían resultar un reemplazo viable para las baterías de iones de litio. Estas baterías serían totalmente reciclables, asequibles, seguras y, en teoría, "ecológicas".
Otros ejemplos interesantes incluyen las baterías de nitruro de titanio o el uso del grafeno.
Otras iniciativas también incluyen una batería potencial "interminable". Fabricadas con combustible nuclear recuperado y reutilizado, estas baterías podrían durar más de 28.000 años, o eso afirman los desarrolladores. Actualmente en desarrollo por una startup con sede en California, estas baterías de nano-diamantes son indestructibles y serán más baratas que los paquetes de baterías de iones de litio existentes si se pueden desarrollar por completo.
Otros ejemplos, más esotéricos, incluyen baterías líquidas ecológicas que funcionan con vainillina. Actualmente, en desarrollo por investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz , esta interesante línea de investigación sería verdaderamente sostenible.
Otra opción podría ser el uso de baterías de zinc-aire . Se ha demostrado que superan significativamente a las baterías de iones de litio en todos los niveles y también son mucho mejores para el medio ambiente. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el zinc, si se filtra al medio ambiente , puede ser devastador para los ecosistemas locales.
2.Hacer que las baterías de iones de litio sean más duraderas
Otra posible solución es hacer que las baterías sean lo más duraderas posible si no se encuentra un reemplazo viable para Li-ion. Esto ayudaría a aliviar la necesidad de extraer nuevas materias primas para reemplazar las baterías gastadas y también ayudaría a reducir la necesidad de desecharlas o reciclarlas al final de sus vidas.
Y, afortunadamente, actualmente se están investigando algunas opciones para lograrlo. Un ejemplo es agregar molibdeno y azufre a las baterías de iones de litio para producir baterías baratas y muy ligeras con casi el doble de densidad de energía que las baterías de iones de litio existentes.
Actualmente en desarrollo por la Universidad de Texas , el molibdeno y el azufre se usarían para reemplazar los electrodos de litio y al mismo tiempo proporcionar una unidad de batería viable.
Otras soluciones incluyen el uso de electrodos de sulfuro para ayudar a extender la vida útil de las baterías de iones de litio también. Actualmente en investigación en la Universidad de Florida, las baterías de iones de litio de sulfuro deberían poder extender el número de ciclos de carga y descarga con poca o ninguna degradación de la batería.
3. Encontrar fuentes de litio sostenibles
Si no se reemplazan las baterías de iones de litio o no se encuentran formas de extender su vida útil, otra alternativa podría ser encontrar fuentes de litio más sostenibles. Ya sea que se trate de la apertura de operaciones de minería y refino en países con fuertes regulaciones ambientales, o la búsqueda de fuentes con un alto límite de entrada para la extracción, esto contribuiría en gran medida a reducir el impacto ambiental de la producción de baterías de litio y, por extensión, el de la industria de vehículos eléctricos en general.
El agua de mar, por ejemplo, es una fuente potencial de litio , aunque requerirá métodos de extracción bastante sofisticados. Refinar el proceso para que sea tan barato como las piscinas de evaporación será un desafío muy real.
Otros países, como Portugal , también están avanzando en la búsqueda de formas de producir litio a nivel nacional. Pero nuevamente, todos estos requieren la extracción y el uso de materias primas que tienen el potencial de producir algún tipo de contaminación. Aquí es donde encontrar formas de usar lo que ya tenemos, con respecto al litio, podría ser la mejor opción. Después de todo, el "daño" al medio ambiente de la extracción ya se ha hecho.
Esto significaría reciclar baterías viejas. Muchos vertederos de todo el mundo están literalmente repletos de dispositivos electrónicos gastados, desde computadoras portátiles hasta teléfonos inteligentes viejos. ¿Se podrían "extraer" en lugar de eliminar el litio fresco del medio ambiente?
Y eso es exactamente lo que proponen los investigadores de la Universidad de Birmingham , Reino Unido. Esperan utilizar tecnología robótica desarrollada para la industria nuclear para desmantelar de forma segura las células de iones de litio potencialmente explosivos de los vehículos eléctricos para extraer los metales preciosos que contienen.
Pero eso es solo la mitad de la historia. Cualquier batería que dependa de la electroquímica, como las baterías de iones de litio, corre el riesgo de que sus electrodos se degraden y se deterioren. No necesariamente conocerá el estado de estos materiales sin abrir la batería.
Esto ha llevado a otros investigadores a buscar formas alternativas de reciclar baterías y recuperar materiales como el litio de una manera más predecible. Proponen un proceso de reciclaje biológico que utilizaría bacterias para procesar los metales de desecho, junto con técnicas hidrometalúrgicas que utilizan soluciones de productos químicos de forma similar a como se extrae el litio en primer lugar. Si tiene éxito, este tipo de iniciativa podría ser un cambio muy real para las industrias del litio y los vehículos eléctricos.
Entonces, en conclusión, ¿son los vehículos eléctricos realmente tan "verdes" y sostenibles para el planeta? Le dejaremos que tome su propia decisión.
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