La disponibilidad de litio en la UE-27 para los vehículos impulsados por batería: El impacto del reciclaje y la sustitución de la confrontación entre la oferta y la demanda until2050

Jan H. Miedema , , ,  Enrique C. Moll

 Mostrar másdoi: 10.1016 / j.resourpol.2013.01.001Obtener los derechos y contenidos

Abstracto

Los efectos adversos del cambio climático son ampliamente reconocidos, así como la importancia de la reducción de dióxido de carbono (CO 2). Se espera que los vehículos batería impulsado a tener un futuro brillante, ya que las emisiones de gases de efecto invernadero pueden reducirse. Baterías de iones de litio (Li-ion) parecen ser los más prometedores, debido a su alta densidad de energía. Recientemente, el debate sobre el carbonato de litio adecuada (Li 2 CO 3) los

recursos que se resuelva. El reto actual es el aumento necesario en la velocidad de flujo de Li 2 CO 3 en la sociedad de prever la demanda prevista. Esta investigación determina diez factores que influyen en la disponibilidad de baterías de ion-litio para la UE-27 en las próximas décadas. Se utilizan en un análisis de la dinámica del sistema. Los resultados de esta investigación muestran que oferta insuficiente se puede esperar en la UE-27 hasta 2045 en algún lugar entre 0,5 Mt y 2,8 Mt. La sustitución de Li 2 CO 3 en otros mercados de uso final y reciclaje puede aliviar la presión sobre Li 2 CO 3 de suministro hasta cierto punto. En 2050, el 20% de la flota de vehículos de la UE-27 puede ser vehículos eléctricos de batería (BEVs). La falta de recursos en la UE-27 y la distribución geográfica de litio en áreas políticamente sensibles sugieren que las acciones de litio disponible para la UE-27 será menor de lo previsto en esta investigación. El aumento de la tasa de flujo muestra ser el cuello de botella para una transición a (parcialmente) impulsado batería vehículos en la UE-27, por lo menos cuando se utilizan baterías de ion-litio. Centrándose en la aplicación a gran escala de BEVs con baterías de iones de litio con el fin de mitigar sustancialmente CO 2emisiones en el transporte es una campaña inútil.

Destacados

► La sustitución de Li 2 CO 3 en otros mercados de uso final alivia la tensión en el suministro de corto plazo. ► aplicación a gran escala de BEVs en los resultados de la UE-27 en oferta insuficiente. ► desabastecimiento corresponde con 30 millones BEVs que no podían ser producidos para 2030.

Clasificaciones JEL

O13; L72; Q31

Palabras clave

Suministro de litio; De iones de litio (Li-ion) de la batería; Cambio; Vehículos eléctricos de batería (BEVs); Vehículos eléctricos híbridos plug-in (PHEV); La seguridad del suministro

Introducción

Los efectos adversos del cambio climático son ampliamente reconocidos, así como la importancia de la reducción de dióxido de carbono (CO 2). Además del impacto ambiental adverso, la dependencia de los combustibles fósiles se ha traducido en la creciente escasez, que se acompaña con el aumento de los precios energéticos. La electrificación de la flota de vehículos puede contribuir a la mitigación de CO 2, debido a que la aplicación de (en parte) de los vehículos eléctricos reduce gases de efecto invernadero (GEI) cuando se utilizan fuentes de energía

renovables para la producción de electricidad, o cuando, por ejemplo, captura de carbono y se aplica almacenamiento. Dado que el transporte es responsable de la mitad del consumo mundial de petróleo (Fulton, 2004), la aplicación a gran escala de vehículos de motor de la batería tiene potencial para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero y disminuir la demanda de petróleo. Por otra parte, una demanda de petróleo disminuyó y un aumento de la energía derivada de una variedad de fuentes de energía renovables aumenta la seguridad del abastecimiento energético. Baterías de iones de litio (Li-ion) tienen una alta energía o densidad de potencia (Grosjean et al., 2012) en comparación

con otras químicas de la batería común. Por lo tanto, las baterías de ion-litio parecen ser los más prometedores para su aplicación en vehículos de motor de la batería.Como se destaca por Gruber et al. (2011) existen variaciones significativas en las estimaciones para el carbonato de litio (Li 2 CO 3) recursos y reservas. Recientemente, resolvieron la controversia en la literatura en relación con los recursos adecuados de Li 2CO 3. Escenarios a largo plazo hasta 2100 muestran que los recursos de litio son suficientes para satisfacer la demanda futura de baterías (Gruber et al., 2011). Un selecto grupo de países tiene acceso directo a estos recursos de litio y Europa (es decir, Serbia y Portugal) posee sólo el 3% de ellos, mientras que se espera que sea uno de los más grandes de los usuarios finales, lo que hace Europa dependiente de las importaciones (Gruber et al., 2011  y  Grosjean et al., 2012). La influencia de Europa en el lado de la oferta es limitada. Grosjean et al. (2012) esperan que Europa sea la mayor víctima del cuello de botella geoestratégica sobre la distribución polarizada de los recursos de litio. A pesar de la suficiencia de la disponibilidad de recursos, Gruber et al. (2011)  hacen hincapié en el reto de prever en el establecimiento de instalaciones de producción de litio a un ritmo exigido por la industria automotriz. Kushnir y Sandén (2012) también hacen hincapié en la posible limitación a un aumento de la velocidad de flujo de litio en la sociedad.El cuello de botella para una transición exitosa a una flota de vehículos electrificados con baterías de ion-litio parece ser el límite posible en el aumento de la tasa de flujo de Li 2CO 3 en la sociedad, junto con la participación en el Li 2 CO 3 flujo disponible para baterías de automóviles , que son a la vez siendo objeto de discusión. El objetivo principal de esta investigación es analizar la confrontación entre la oferta y la demanda de Li 2 CO 3 en los 27 estados miembros de la Unión Europea (UE-27) hasta el 2050 para un escenario de penetración de (en parte) de los vehículos eléctricos y sacar conclusiones sobre la viabilidad de tal escenario.Un análisis de la dinámica de sistemas se utiliza comúnmente para estudiar la complejidad de acciones, flujos 'a los sistemas y circuitos de retroalimentación a través del tiempo. Tales estudios no se realizan hasta el momento en lo que respecta a la disponibilidad de litio para los escenarios de introducción a gran escala de drivencars batería.

Un análisis de la dinámica del sistema se inicia con la identificación de los conductores y los factores que influyen en el sistema. Diez factores pueden estar

indicados para el caso de la disponibilidad de litio para los grandes escenarios de introducción de la escala de los coches impulsados batería, es decir, las tendencias en Li 2 CO 3 de producción (1), las tendencias de la producción de vehículos conducidos de baterías para los (2), los requisitos de litio UE27 por kW h Capacidad de la batería (3), el rango de un vehículo conducido batería (4), las tendencias en el reciclaje de baterías y la recuperación de litio (5), la participación de Li 2 CO 3 disponibles para la UE-27 (6), el tiempo de vida de un batería (7), la participación de Li 2 CO 3 disponible para baterías de vehículos (8), las tendencias en otros mercados de uso final de litio (9) y la sustitución de litio en otros usos finales (10). Estos factores se analizan a fin de resolver si los recursos de litio mundiales son suficientes para cumplir los ambiciosos objetivos establecidos por la UE. Los factores tecnológicos en el sistema se eligen bastante optimista que debería traducirse en una estimación de los límites inferiores de la demanda de litio que pertenecen al escenario elegido.Con el fin de acercarse a estos factores una curva de previsión de suministro se ha desarrollado. Posteriormente, se han analizado la evolución de los vehículos en las tasas de la UE-27 y de reciclaje. El tamaño de los otros mercados de uso final de litio se ha estimado y la proporción de litio sustituibles en estos mercados ha sido determinada.

Este artículo está organizado de la siguiente manera. Primero el más esquematización del contexto de la investigación, seguido de una descripción del modelo y escenarios desarrollado, los resultados asociados discusiones sobre el impacto de la sustitución y el reciclado y la viabilidad de un escenario eléctrico completo, una discusión incluyendo un análisis de sensibilidad y un experimento de pensamiento abordar la aplicación de plugin de vehículos eléctricos híbridos (PHEV) en el costo de los vehículos eléctricos de batería (BEV) y una sección final que reflexiona sobre las limitaciones relativas a la oferta de litio en las próximas décadas.

Contexto de la investigación

Los datos disponibles de la literatura en la que el modelo para estimar Li 2 CO 3 demanda de la UE-27 hasta el año 2050, se basa se elabora en este capítulo. Se discute el desarrollo del vehículo, en combinación con la previsión solicitado PHEV y BEVs en dos escenarios. La cantidad mínima teórica de Li 2 CO 3 en unos de ion de litio y reciclaje tasas de baterías de iones de litio son posteriormente dirigió. Cuando se hace referencia al recurso términos o reserva de

las definiciones formulados por el Servicio Geológico de Estados Unidos (Jaskula, 2009) se aplican.

Curva de oferta de litio

Gruber et al. (2011) estiman que la reserva mínima para ser 102 Mt. Esto incluye todos los in-situ Li 2 CO 3 recursos, como salmueras, pegmatita y roca sedimentaria. Brines contribuyen el 66% del total de recursos de litio. Sólo el 33% de las reservas de litio se estima están actualmente en producción. Al mirar las actuales Li 2 CO 3 sitios de producción, se hace evidente que la actual producción de reserva de pegmatita es del orden del 15% de la reserva total, frente al 85% a partir de salmueras. En este momento no hay Li 2 CO 3 producido a partir de rocas sedimentarias (Gruber et al., 2011  y Jaskula, 2012).Kushnir y Sandén (2012) argumentan que un posible aumento de la producción en el Salar de Atacama podría muy bien ser un factor limitante para los incentivos para iniciar la producción en otra parte; comenzando una nueva mina puede tardar una década antes de que comience la producción, lo que garantiza su parte la dependencia de las instalaciones de salmuera. Esto es subrayado por Ebensperger et al. (2005) quienes argumentan que Chile posee la proporción abrumadora de Li 2 CO 3 en el Salar de Atacama. Su gobierno trata de mantener su liderazgo mundial en Li 2 CO 3 de producción, lo que debería ser posible la hora de tomar su posición de reserva y cultura minera en cuenta. Por lo tanto Ebensperger et al. (2005) concluyen que a pesar de que no es deseable, el resultado más probable es un statu quo de continuar en el liderazgo mundial de Chile. La concentración geográfica de los recursos directamente disponibles y la posible falta de disponibilidad de una fuente importante de producción (por ejemplo, a través de la interferencia externa o caída inesperada de la producción) pueden poner una tensión severa en el Li 2 CO 3 tasa de producción (Kushnir y Sandén, 2012).Debido a las incertidumbres en el futuro la producción de dos curvas de oferta se desarrollan con el fin de determinar el ancho de banda de la oferta. Rockwood Holdings, Inc. emitió recientemente un comunicado de prensa en la que anunciaron para aumentar la producción a 50 kt (Rockwoodspecialties.com, 2012). En 2009, el gobierno de Bolivia ha comenzado a construir una nueva planta de salmuera para la producción de 30 kt al año (Goonan, 2012). Sociedad Química y Minera de Chile SA estados en un comunicado de prensa a partir de marzo de 2012, que se tratan de mantener su

cuota de mercado de aproximadamente el 33% en los próximos años (sqm.com, 2012). La operación minera pegmatita a cielo abierto en Greenbushes en Australia tiene el objetivo de duplicar su producción en 2012 hasta 110 kt de Li 2 CO 3 (Talisonlithium.com, 2012).El escenario del mejor caso (BC) realiza tales desarrollos en cuenta y por lo tanto supone un incremento medio de la oferta en el orden del 8% anual. El escenario business as usual (BAU) supone un incremento medio del 6% anual (ver Fig. 1).

Fig. 1. 

La previsión de la oferta relativa de Li 2 CO 3 hasta el año 2050 para el BC y el escenario

BAU.Opciones Figura

Tabla 1 proporciona algunos números absolutos como referencia. Las tasas de crecimiento se calculan sobre la base de la producción de 2010 de 125 kt Li 2 CO 3(Kushnir y Sandén, 2012). La primera media década de este siglo mostró una tasa de crecimiento anual de alrededor del 3% en la producción y el consumo hasta el año 2005(Ebensperger et al., 2005). El escenario aC supone un aumento de 45 veces, lo cual es teóricamente factible para el Salar de Atacama (Kushnir y Sandén, 2012). Asumimos el Li 2 CO 3 reservas para estar entre 75 Mt, que es la mitad del total de Li 2 CO 3 de recursos de acuerdo con Evans (2008) y 102 Mt (Gruber et al., 2011). El supuesto conservador de una tasa de recuperación del 50% se aplica más a menudo en la literatura (Tahil de 2008, Yaksic y Tilton, 2009  y  Gruber et al., 2011); por lo tanto, al menos 75 Mt puede atribuirse como reserva. La cantidad de los mercados de litio de uso final (Jaskula, 2012) y sus tasas de crecimiento esperadas (Yaksic y Tilton, 2009) son, en gran medida aclarado.

Mesa 1.

Datos absolutos estimados globales de suministro de Li 2 CO 3 para ambos escenarios.Hora BC (kt) BAU (kt)2000 80 80

Hora BC (kt) BAU (kt)2020 340 2372050 3511 1,659

Opciones de tabla

El descubrimiento de nuevos recursos no se tiene en cuenta, ya que las reservas conocidas son lo suficientemente grandes como para satisfacer la demanda acumulada hasta el año 2050. Por lo tanto, las limitaciones no parecen estar en la presencia de Li 2CO 3, pero en el aumento necesario en tasa (flujo Gruber et al., 2011  y  Kushnir y Sandén, 2012).Las reservas de los sitios que producen están en el orden de 35 millones de toneladas, que es aproximadamente un tercio de la reserva total. Esto pone de manifiesto que el sistema no está limitado por la presencia real del recurso. Al mirar las tasas de crecimiento de la curva de oferta y teniendo en cuenta que se necesita una década para una nueva instalación para iniciar la producción, se hace evidente que 80 a 110% de la oferta estimada en 2020 ya debería estar en desarrollo en 2010. Parece que este es el caso, ya que hay esfuerzos para aumentar las tasas de producción en los sitios existentes. Es cuestionable si actualmente los sitios que producen pueden prever en el 45 veces más estimado en la curva de oferta, ya que Kushnir y Sandén (2012) hacen hincapié en que este aumento es incierto para el Salar de Atacama. El posible retraso en la producción puede ser revisado al asumir futuros descubrimientos de recursos, al traer las reservas conocidas en producción o mediante la producción de fuentes marginales, como el agua de mar con una tecnología de respaldo, por ejemplo selectiva desionización capacitiva. La confianza en los nuevos descubrimientos y la innovación tecnológica puede ser justificado, pero la oferta real a gran escala de nuevos recursos y tecnologías antirretorno es más de una década de distancia. Por lo tanto, al menos en las primeras décadas hasta el año 2030 la mayor parte se debe esperar de la expansión de los sitios existentes y llevando las reservas conocidas en la producción.Los Estados Unidos Li 2 CO 3 costos de importación han sido aproximadamente entre US $ 2 / kg y US $ 4 / kg en las últimas décadas (Goonan, 2012). Li 2 CO 3 costes por la batería en nuestra investigación son, por tanto, en el orden de US $ 300, que es menos del 1% del costo total de compra de un BEV. Los costos de Li 2 CO 3 en una batería son marginales, lo que sugiere que las mejoras tecnológicas en las tecnologías de respaldo y aumento de la presión sobre la oferta puede hacer que estas tecnologías económicamente viables en las próximas décadas.

El desarrollo de vehículos en la UE-27

Con el fin de estimar la demanda futura de Li 2 CO 3 y para averiguar si la oferta estimada puede prever en esta demanda de una tasa de penetración vehículo conducido batería se estima junto con la cantidad de litio necesaria por kW h.El nivel medio de la propiedad de automóviles (Eurofound, 2010), junto con los datos de población (Eurostat, 2008), proporciona el número total de vehículos que se estima en 231 millones en la UE-27 en 2000. Dargay et al. (2007) han estimado los niveles futuros de la propiedad de automóviles durante 21 países de la OCDE de los cuales 17 son un estado miembro de la UE. Estos datos son utilizados para estimar el nivel medio de la propiedad de automóviles a ser 725 (por cada 1000 habitantes) en 2030, lo que resulta en una flota de vehículos de 377 millones de dólares. Dargay et al. (2007) proyectan que el vehículo de valores mundial aumente de 800 millones en 2002 a más de 2.000 millones en 2030. Por lo tanto, la UE-27 posee, respectivamente, el 30% en 2000 y 20% del total in2030 flota de vehículos.Basado en los escenarios de la UE (Reiner et al., 2010) se supone un aumento de las ventas anuales de los PHEV y BEVs de 0% en 2000, respectivamente, 40% y 12% en 2030 en ambos escenarios. La participación real de BEVs de la flota total de vehículos es entonces aproximadamente un 5% contra 14% para los PHEV en 2030. Se supone que la parte restante de los vehículos para tener un motor de combustión interna (ICE).Vehículos eléctricos híbridos regulares (HEV) con pequeños paquetes de baterías se clasifican en ICE. La mayor parte de estos HEV no utilizan litio que contiene baterías, por lo que se consideran como ICE más eficientes en el contexto de esta investigación. Este escenario está en línea con la política europea. Hay un objetivo del 10% para la cuota de energía procedente de fuentes renovables en el transporte en 2020 (Comisión Europea,2009). Esto se puede cumplir mediante la mezcla de biocombustibles con los combustibles de transporte convencionales o mediante la aplicación de los vehículos de motor de la batería. La contribución de BEVs y PHEV en la flota total del vehículo es inferior a 4% IN2020.

Litio por batería

La cantidad mínima teórica de litio metálico necesario para almacenar 1 kW h de energía química en una batería es igual a 73 g. Este número resulta de la multiplicación de la densidad de carga teórica (3,9 A h / g) con la tensión nominal (3,6 V) (Tahil, 2010). Con el fin de producir una batería de Li-ion de 1 kW h la

demanda mínima teórica de Li 2 CO 3 es 0,39 kg. Kushnir y Sandén (2012), Gruber et al. (2011) utilizan un valor de, respectivamente, 160 gy 114 g de metal de litio por kW h (es decir, respectivamente 0,85 kg y 0,6 kg Li 2 CO 3 por kW h). Un BEV tiene un alcance de 4.4 kilómetros (km) con un h batería 1 kW (Departamento de Energía (2010) de EE.UU.) o de 0,23 kW h / km. (Un rango de 200 km. Gruber et al, 2011) con una batería completamente cargada parece ser en la parte baja; cuando se comparan con el ICES comunes de la gama es un factor de 3 para 4smaller. Por lo tanto, asumimos que un BEV necesita un alcance de al menos 400 km de interés real para los usuarios finales, lo que resulta en una batería de 92 kW h.Para PHEV un h batería de 10 kW istaken.El escenario aC supone un aumento lineal en la eficiencia de Li 2 CO 3 necesaria por kW h, desde el 180% al 110% del mínimo teórico entre 2000 y 2050. Por lo tanto una batería en el escenario antes de Cristo necesita 696 g Li 2 CO 3 por kW h en 2000 gy 426 g Li 2CO 3 por kW h en el año 2050. Para el escenario BAU el Li 2 CO 3 necesitaba por kW h sigue siendo 200% para todo el período estudiado. Por lo tanto una batería en el escenario BAU necesita 774 g Li 2 CO 3 por kW h. Estos valores se encuentran entre los valores estimados de Kushnir y Sandén (2012) y Gruber et al. (2011) hasta 2030, después de lo cual se supone que el aumento de la eficiencia en el escenario de BC a ser tan alta que será inferior a 0,6 kg.

Reciclaje de baterías de ion-litio

Toxco Inc. ha desarrollado técnicas patentadas para recuperarse de litio a partir de desechos o baterías en 1992. Combinan la recuperación de litio con la recuperación de los materiales más caros como el cobalto, aluminio, hierro y níquel. Ya 98% de la de litio disponible puede ser recuperado y reprocesado con el fin de ser de nuevo disponible para la producción de baterías (Jüngst, 1999). Esto hace evidente que debería ser posible e incluso rentable para recuperar de litio a partir de los flujos de residuos cuando se combina con la recuperación de otros materiales. A pesar de que parece que hay no hay empresas que recuperan de litio de las baterías en la UE-27 (Klimbie et al., 2000), la alta tasa de recogida y reciclaje de baterías más comunes da una perspectiva sobre lo que debería ser posible en las próximas décadas . Oppenheimer y Abell (2008) esperan que la recuperación de litio para seguir creciendo con el aumento en la producción de vehículos eléctricos. Desde Toxco Inc. es un ejemplo de una empresa que ha hecho de estos procesos rentables, esta investigación supone que la ausencia de

las empresas de recuperación de litio a gran escala en la UE-27 no debe ser un factor limitante en las próximas décadas, cuando una cantidad anual creciente de litio que contiene los residuos que se disponga para el tratamiento y la recuperación. Químicas de la batería más comunes, tales como el níquel-cadmio o plomo-ácido se recogen a una velocidad del orden de 100% en los Países Bajos (Klimbie et al., 2000), que es también una razón para creer que tales tasas de reciclaje son posibles para el litio que contiene las baterías cuando se desarrollan los servicios para el tratamiento de estas baterías, ya que la infraestructura para la recolección ya está en marcha. Por lo tanto, esta investigación supone una tasa de recogida de 100% para las baterías de iones de litio, de la que forma lineal 3-96% se recupera 2.000-2.030 para el escenario antes de Cristo, que está en el mismo rango que las tasas de recuperación utilizados por Gruber et al. (2011).La Unión Europea (UE) ha puesto en vigor una directiva sobre el reciclaje de baterías, llamada Directiva 2006/66 / CE relativa a las pilas y acumuladores ya los residuos de pilas y acumuladores (Comisión Europea, 2006). Su preocupación primordial parece ser el logro de los objetivos ambientales. Se prohíbe a los productores de la colocación de mercurio o cadmio que contiene en el mercado. Además de esto, se promueve un alto nivel de reciclaje y recogida de residuos de pilas. La Directiva obliga a los Estados miembros a cumplir los objetivos de recogida y reciclado. En septiembre de 2012, el 25% debe ser recogida y 50-75%, dependiendo de los materiales de la batería debe ser recuperado. En 2016 el índice de recogida debe ser hasta un 45%. Las tasas de reciclado se basan en el peso promedio de las baterías. Para las baterías de ion-litio hay regulaciones estrictas, por lo tanto, pertenecen a la categoría de reciclaje del 50%. Esta investigación supone que para el escenario BAU Estados miembros alcanzarán el objetivo más bajo establecido por la Directiva relativa a la recogida y el reciclaje. Ambos escenarios asumen la tasa de reciclaje para aumentar al mismo ritmo after2030.De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos el kilometraje medio anual de coches es de alrededor de 12.000 millas (EPA, 2010). Teniendo en cuenta la vida útil de un automóvil promedio en alrededor de 2 × 10 cinco millas que será reemplazado después de 15 a 16 años. Esta investigación supone que la batería y la vida útil del vehículo son iguales, de 16 años, y que la infraestructura existente para la recogida de pilas convencionales también se puede utilizar para las baterías de Li-ion.

Modelo y escenarios

En este capítulo se describen los escenarios y el modelo desarrollado, que se utilizan en esta investigación.

Descripción del modelo

Para el desarrollo del modelo del software dinámico de modelado Stella II 3.0.7 © se aplica. Fig. 2 muestra un horario de bloques simplificado del modelo. El modelo es impulsado por la demanda de vehículos en la UE-27, que se subdivide en el CIEM, PHEV y BEVs. Los diferentes tipos de vehículos se construyen sobre la base de la Li 2CO 3 de la demanda en la UE-27, incluido el reciclado. El bloque de la izquierda externa describe las reservas mundiales in situ. La oferta mundial anual se resta y una cuota predeterminada se utiliza en la UE-27 para la producción de los PHEV y BEVs. La cantidad de Li 2 CO 3 producida a través del reciclaje se utiliza como insumo para la nueva producción de la batería del vehículo.

Fig. 2. 

Horario de bloques simplificado de la dinámica Stella II 3.0.7 © modelo.Opciones Figura

Los resultados de este modelo se comparan con la curva de oferta estimada, la demanda de otros mercados de uso final de litio y la posibilidad de sustitución de litio en estos mercados. Esto determina posteriormente si existe o no es lo suficientemente Li 2CO 3 disponible para producir vehículos en función de las cuotas de mercado estimadas para PHEV andBEVs.

Escenarios

Los escenarios estudiados, BAU y BC, ambos utilizan las mismas cuotas anuales de mercado para el desarrollo del vehículo. El escenario BC pone menos presión

sobre la demanda que el escenario base, ya que los requisitos de litio para las baterías son más bajos. El escenario BC también pone menos presión en el suministro debido a la mayor aceleración supuesta de la corriente de alimentación de litio en comparación con el escenario BAU. El escenario BAU se elabora para determinar el impacto de las baterías menos eficientes y tasas de reciclaje. Los parámetros de entrada para ambos escenarios se resumen en la Tabla 2. La cantidad de litio en una batería se presenta como proporción del mínimo teórico. Las tasas de reciclaje tienen tasas de recogida de las baterías incorporadas y las acciones para vehículos de motor de la batería se refieren a cuotas anuales de mercado. Esto, por tanto, no es la parte de los (en parte) de los vehículos eléctricos en la flota total, pero la proporción de las ventas anuales. Las cuotas de mercado de los PHEV y BEVs siguen creciendo después de 2030, respectivamente, 75% y 25% de la cuota de mercado anual in2050.

Tabla 2.

Parámetros de entrada que se resumen de la BC y el escenario BAU.Escenario

antes de Cristo BAU

2000 (%) 2030 (%) 2000 (%) 2030 (%)Batería de iones de litio 180 138 200 200Tasa de reciclaje 3 96 0 57.5BEVs 0 12 0 12PHEV 0 40 0 40

Opciones de tabla

Las proporciones relativas a las tasas de penetración de vehículos se derivan de Reiner et al. (2010). Este escenario se basa en la hipótesis de que una convención climático vinculante a nivel mundial está cerrado en 2015. Esto se debe llamar a una reducción del 50% en las emisiones de GEI en 2030; asume los precios del petróleo en el orden de los $ 200 por barril y una contribución de ambos servicios públicos y de fabricación a las empresas a invertir en infraestructura de recarga. Esto se combina con los modelos de coche compartido y la emisión local de transporte gratuito en las zonas urbanas. Este artículo aborda la viabilidad de un escenario en el contexto de la necesidad de un rápido aumento de Li 2 CO 3 suministro.

Resultados

Primero el Li 2 CO 3 la demanda con fines de automoción en la UE-27 se determina para ambos escenarios. Fig. 3 compara esta demanda con la curva de oferta estimada (Fig. 1)  y muestra la parte de la mundial anual Li 2 CO 3 de suministro que necesita la UE-27 para prever en su demanda de vehículos (en parte) de la batería impulsada. La demanda cumplida por el reciclaje no es tomado en cuenta en la Fig. 3 lo que significa que las acciones que se muestran son para ser derivado a partir de material virgen. La disminución de la demanda relativa a partir de 2030 se debe a un aumento continuo de la oferta y una contribución creciente de reciclaje.

Fig. 3. 

La demanda por parte de la UE-27 como proporción de la producción mundial de

Li 2 CO 3 para fines de automoción entre 2010 y 2050, tanto para el AC y el escenario BAU.Opciones Figura

Fig. 3 muestra que el escenario BAU exige más del 50% de la oferta mundial en un período decenal alrededor de 2025 para BEVs y PHEV sólo en la UE-27, lo que parece no es factible cuando se consideran otros mercados tanto para las baterías y otros usos finales a nivel mundial. Por lo tanto, este escenario no se tiene en cuenta más. El escenario antes de Cristo parece más probable con una demanda máxima de 22% de la oferta mundial de litio. Con el fin de estimar la proporción de Li 2 CO 3 disponible para propósitos de automoción otros desarrollos del mercado deben ser estimadas.Utilizamos las tasas de crecimiento previstas por Yaksic y Tilton (2009) y, posteriormente, la proporción de Li 2 CO 3 que puede ser sustituido, se determinó. De esta manera la cantidad de Li 2 CO 3 que puede ser utilizado para las baterías se pudo determinar.

La sustitución de compuestos de litio en otros mercados de uso final y reciclaje

Jaskula (2012) argumenta que el litio puede ser sustituido en la producción de cerámica, vidrio, grasas y aluminio. De los mercados actuales (2011) de uso final

de litio mundial, al menos, el 43% (54 kt Li 2 CO 3) puede ser sustituido, esto disminuye al 25% (94 kt Li 2 CO 3) en 2030.

Las estimaciones de la previsión de la demanda para diferentes mercados de litio de Yaksic y Tilton (2009) se aplican con el fin de calcular el impacto de la sustitución a gran escala de uso de litio en cerámica, vidrio, grasas y aluminio.Las categorías de litio en otros mercados de uso final no coinciden del todo con las categorías de Jaskula (2012); por lo tanto, las categorías de productos farmacéuticos, de fundición continua, polímeros y otros de Jaskula (2012) se resumen en la categoría otros a lo dispuesto por Yaksic y Tilton (2009). Las categorías de baterías primarias y secundarias se resumen en las baterías de Jaskula (2012). Esto se justifica, ya queYaksic y Tilton (2009) la demanda estimada para baterías de automóviles, aparte de baterías primarias y secundarias. Cerámica y vidrio, grasas y de tratamiento de aire son proporcionados por tanto en categorías similares. La producción de 125 kt Li 2 CO 3 en 2010 se utiliza como una referencia para su posterior cálculo. Para todas las categorías de uso final se calcula la demanda futura, multiplicando la cuota de mercado del uso final de litio con el 125 kt y la variación anual de la demanda. La cantidad de litio necesario para otras aplicaciones de uso final que las baterías de vehículos que no pueden ser sustituidos se resta de la alimentación estimada. La cuota sustituibles y la parte disponible para baterías de vehículos permanecen. Esta investigación supone que la cantidad de litio producido anualmente que se puede adquirir por la UE-27, en forma de baterías, vehículos o como de alto grado Li 2 CO 3, es proporcional a la cantidad de vehículos en la flota mundial de vehículos. En este caso una disminución lineal en la disponibilidad se supone del 30% al 20% entre 2000 y 2030 - como se explicó anteriormente - después de lo cual 20% se utiliza until2050.Fig. 4 muestra que el escenario BC resulta en oferta insuficiente a pesar de la contribución de reciclaje y la sustitución. Cuando la sustitución y el reciclaje son a la vez aplicado el suministro de baterías de vehículos aumentos y las disminuciones de la demanda que causa el desabastecimiento acumulada sea 0,54 Mt entre 2013 y 2033. Este número desabastecimiento corresponde con el 15% de la meta PHEV y BEV para 2030. Cuando no hay Li 2 CO 3 disponible mediante la sustitución de los aumentos de desabastecimiento a 0,95 Mt hasta 2035. En este caso alrededor del 25% de la PHEV 2035 y el objetivo BEV no podía ser producida. Estas cifras muestran que la aplicación supuesto de sustitución disminuye la oferta insuficiente de litio sustancialmente en las primeras décadas. Cuando el reciclaje y la sustitución son a la vez excluidos los importes

oferta insuficiente de 2,8 Mt entre 2011 y 2045. Cuando se tomaron usos finales sustituibles en cuenta la oferta insuficiente en este período disminuye con 0,7 Mt. Fig. 5muestra que la sustitución es muy importante hasta 2020 para permitir la expansión de la flota BEV en la UE. El impacto de la sustitución en una fase de transición es crucial, cuando el reciclaje está en su infancia, ya que disminuye fuertemente la cantidad de oferta insuficiente. En el largo plazo el papel de reciclaje es el más importantone.

Fig. 4. 

La oferta y la demanda estimada para la virgen Li 2 CO 3 en la UE-27 para el escenario

antes de Cristo y de la oferta insuficiente que resulta en las próximas décadas. Nota: La

demanda excepto el reciclado asume que el litio no se recicla lo que resulta en una mayor

demanda de material virgen. Demanda incluido el reciclado muestra una reducción de la

demanda de litio virgen, debido a la aplicación del reciclaje.Suministro incluyendo la

sustitución aumenta la disponibilidad de baterías de vehículos a costa de otros usos

finales. Suministro excluyendo muestra la sustitución estimada de alimentación en una

situación donde no se aplica la sustitución. Esto significa que otras aplicaciones de uso

final exigen de litio, así, resultando en una menor disponibilidad para las baterías de

automoción.Opciones Figura

Fig. 5. 

La contribución del reciclaje y la sustitución (y su contribución combinada) a la demanda

total en la UE-27 para el Li 2 CO 3 en PHEV y BEVs entre 2010 and2050.Opciones Figura

Kushnir y Sandén (2012) concluyen que otras aplicaciones de litio desempeñan un papel en el margen, pero no afectan la viabilidad de producir baterías. Nuestros resultados muestran que se requiere la sustitución con el fin de disminuir el tamaño de la oferta insuficiente previsto después de 2013. Estamos de acuerdo con Kushnir y Sandén (2012) que la dispersión de litio en otros productos es marginal en el largo plazo (sus escenarios terminan en 2.100) . Sin embargo, en una fase de transición en la que la demanda de baterías está aumentando rápidamente, la sustitución puede al menos a aliviar la tensión en un mayor Li 2 CO 3 demanda en cierta medida, ya que el impacto inicial de reciclaje es demasiado pequeño para cumplir el hiato entre la oferta y la demanda. Por lo tanto, la oferta insuficiente de litio da lugar a la postergación de la adopción a gran escala de los vehículos eléctricos recargables en la sociedad. Esto demuestra que la viabilidad de las baterías de iones de litio en la UE-27 es al menos parcialmente dependiente de la sustitución. Tomando el tamaño acumulado de aplicaciones de litio en 2100 (Kushnir y Sandén, 2012), además de las baterías, es un enfoque que parece ser demasiado general, para usar como un factor determinante para el siglo entero al considerar su posible contribución.La demanda para el escenario de BC se estabiliza después de 2040 (Fig. 4) debido a un aumento en la contribución absoluta de reciclaje y el aumento asumido en eficiencia de las baterías. Entre 2013 y 2035 los resultados de desabastecimiento en una cepa en la disponibilidad de Li 2 CO 3, especialmente en la UE-27, que

prácticamente no tiene recursos in-situ y grandes ambiciones.

Con el fin de cumplir con la demanda de la UE-27 en el supuesto de que la parte disponible de Li 2 CO 3 de alimentación (30% a 20%) es realista la curva de oferta antes de Cristo tiene que ser ajustado. El aumento de 45 veces en la oferta (entre 2000 y 2050; véase la figura 1.) Resulta en un déficit de 0,54 Mt. Con el fin de llenar este vacío el suministro anual de la UE-27 debe ser, en promedio, 36% superior a la disponibilidad estimada entre 2013 y 2033. El exceso de oferta es visible hasta 2013 (Fig. 4), que es marginal. Si estos datos de la oferta y la demanda fueron interpolados más en el pasado, el modelo muestra un exceso de oferta durante los primeros 12 años a partir de 2000 hacia adelante. Esto significa que un exceso de litio podría haber sido salvado por la UE-27 con el fin de prever

hasta cierto punto en el futuro desabastecimiento. No parece haber ninguna razón para suponer que esta es la actualcase.

Escenario eléctrico completo

Con el fin de determinar el tamaño de una flota de vehículos eléctricos por completo, la introducción a gran escala de BEVs en la UE27 se estima en base a la curva de oferta para el escenario antes de Cristo (Fig. 1). Con el suministro estimado de la cantidad total de BEVs en 2050 puede estar en el orden de los 95 millones. Por lo tanto, la adopción plena de BEVs está limitada, ya que este escenario corresponde a una cuota del 20% del BEV en el in2050 flota europea de vehículos.

Discusión

La mayoría de los supuestos realizados en esta investigación son bastante optimistas.Ellos se refieren a: las altas tasas de reciclaje, la sustitución, un promedio de bajo contenido de litio por kW h, tiempo de vida larga de la batería, un lugar alto porcentaje de la oferta de litio disponible para la UE-27, una alta tasa de expansión de las instalaciones y el desarrollo de nuevas instalaciones existentes. Menos optimista es el alto rango asumido por BEV. Además de esto el escenario de desarrollo vehículo conducido batería parece más bien alta. Sin embargo, el escenario vehículo aplicado resulta en menos del 4% de la flota de vehículos con una batería de 2020 (sin tener en cuenta su viabilidad en relación con oferta insuficiente). La directiva de la UE sobre el fomento de la energía procedente de fuentes renovables (Comisión Europea, 2009) objetivos en una parte de la energía del 10% a partir de fuentes renovables en el transporte en 2020. Si se tiene en cuenta que los PHEV, a pesar de sus baterías siguen consumiendo combustibles fósiles y que BEVs podría no tiene emisiones de escape, pero todavía puede ser dependiente de la electricidad con un origen fósil, mucho se debe esperar de los biocombustibles con el fin de cumplir con tales objetivos ambiciosos.Al volver a considerar la fracción menor de la Li mundial 2 CO 3 de recursos dentro del territorio de la UE-27, el supuesto de que la cantidad de litio a ser adquiridos por la UE-27 es proporcional a la cantidad de vehículos de la flota mundial de vehículos, es probable que en el zona alta.La curva de oferta estimada utiliza tasas medias aumento del 6% / a (BAU) y el 8% / a (BC). Esto significa que la producción, respectivamente, se duplica cada,

12 y 9 años.Ambos son importantes, pero todavía resultan en oferta insuficiente para la UE-27.Cuando se necesita una década para una nueva instalación para empezar a producir, esto significa que 80 a 110% de la oferta estimada en 2020 ya debería estar en desarrollo en 2010. Esto significa que en 2010 la producción de al menos 100 a 138 kt de Li 2 CO 3 debe estar en el desarrollo. Parece que este puede no ser el caso, ya que la producción chilena se expande para mantener su cuota de mercado (Sqm.com, 2012) y por tanto su status quo (Ebensperger et al., 2005) y el desarrollo de Bolivia del Salar de Uyuni es más lento que esperado debido a la negativa de la ayuda exterior (TheGuardian, 2011). La operación minera pegmatita en Greenbushes sin embargo ha demostrado aumento de la producción de 55 kt de Li 2 CO 3 en el último año. Esta investigación muestra que sólo el 33% de las reservas que se conocen actualmente son necesarios para cumplir con la demanda mundial hasta el año 2050. La tasa de expansión de las instalaciones que producen, por tanto, es el conductor de determinar, ya que pueden responder más rápido a los cambios de la demanda. Cuando la expansión no puede seguir el ritmo de aumento de las reservas de demanda conocida debe ser traído en la producción, ya que la tecnología ya está disponible. La aplicación a gran escala de una tecnología tope para producir a partir de fuentes marginales tomaría más de una década. Esto sugiere que cuando una tecnología tope trasero está listo para la producción del problema desabastecimiento en la UE-27 casi ha desaparecido, ya que se espera que la oferta sea mayor que la demanda después de 2035. Los precios pueden disminuir cuando este es el caso, que podría hacer que esta tecnología tope withinyears inviables.Nuestra investigación asume que cuando se produce competencia entre los diferentes mercados para Li 2 CO 3 el sector del automóvil tiene la ventaja sobre otras aplicaciones y por lo tanto sustitución de compuestos de litio se producirá cuando sea posible. Sin embargo, incluso cuando se aplica la sustitución a gran escala, la cantidad de Li 2 CO 3exigido por la UE-27 es desproporcionadamente alto, en comparación con el tamaño global del Li 2 CO 3 mercado. Lo que queda claro es que la cepa que se pone en Li 2 CO 3de alimentación es más grande que los resultados de este programa de investigación, ya que es bastante improbable que otras Li 2 CO 3 mercados consumidores pueden o cambiar a otros materiales en un plazo de una década. Como se explica más en el experimento mental, la aplicación de los PHEV a expensas de BEVs durante un período de transición en el que Li 2 CO 3 de suministro puede aumentar, podría tener ventajas significativas.

Análisis de sensibilidad

Las altas tasas de reciclaje deben ser factibles, ya que la infraestructura para la recogida de baterías de vehículos ya está en marcha. La tecnología también está disponible y es económicamente factible recuperar de litio de las baterías cuando se combina con la recuperación de otros materiales. Sin embargo, la UE ya admitió en 2011 que sólo un par de países se llega a la colección 2016 de destino del 45% de los residuos de pilas(Euractiv.com, 2011). Esto demuestra que no se cumplen las tasas de reciclaje formulados en el escenario BAU, por no hablar de las tasas estimadas para el escenario antes de Cristo. El supuesto de la vida útil de una batería de 16 años se muestra optimista. Por lo tanto, se aplica un análisis de sensibilidad para estimar el impacto de toda la vida de la batería de 8 años. El análisis de sensibilidad muestra que una duplicación de la cantidad de Li 2 CO 3 por vehículo al asumir toda la vida de la batería en el orden de 8 años no va a aumentar claramente la tensión en virgen Li 2 CO 3producción. La cantidad de litio publicado a principios para el reciclaje debido a una vida de la batería más corta asumido es marginal. La cepa se puso en el aumento de la demanda de reciclaje, puesto que la cantidad de litio que necesita ser suministrado desde el reciclaje es un factor 1.8higher compara con una duración de la batería 16 años. La falta de instalaciones de litio recuperación en la UE-27 y de los objetivos de recogida que no se cumplen hasta ahora, sugiere que será un desafío para procesar tal cantidad. Cuando se toma como 8 años la vida útil de una batería de la escasez disminuye de 0,54 Mt 0,33 Mt. La demanda acumulada de material virgen hasta 2050 también disminuye con un poco más de 3% en comparación con una duración de la batería 16 años. Esto también se refleja en la cantidad de (en parte) de los vehículos eléctricos que se reduce con casi un 4%.La alta gama asumido (92 kW h para 400 km) para BEVs se puede disminuir, lo que resulta en una menor demanda de Li 2 CO 3 por vehículo. Es poco probable que esto tendrá un impacto significativo. Por lo tanto, al tomar un curso de la vida de la batería menos optimista y tomando reducir a la mitad el rango asumido, los resultados difieren sólo ligeramente debido al aumento pero marginal disponibilidad de Li 2 CO 3 del reciclaje en la primera década del período estudiado. Con el fin de estimar la sensibilidad del sistema a la gama de vehículos, el impacto de un rango más pequeño para dos escenarios (a 40 kW h y una batería de 60 kW h) se tiene en cuenta. Una batería 60 h kW, que necesita un promedio de 34 kg de Li 2 CO 3, está entre los valores de Kushnir y Sandén (2012) y Gruber et al. (2011) y todavía provoca desabastecimiento. Una batería de 40 kW h no resulta

en desabastecimiento. El último ejemplo es altamente dependiente de si se alcanzan las tasas de recogida y reciclaje y si un rango de disminución es aceptable para el consumidor medio. La cantidad de la recogida y reciclaje en el largo plazo parece ser el factor más crucial en Li 2 CO 3 suministro. Por otra parte, la parte disponible de la oferta de la UE-27, la tasa necesaria de las reservas de expansión y las nuevas que se trajeron en la producción son de importancia con el fin de prever la demanda.Los supuestos tecnológicos optimistas realizadas en este artículo, probablemente, pueden dar lugar a una subestimación de la presión sobre la disponibilidad de litio (tasas de reciclaje en vez eficientes, un promedio a la baja demanda de litio por kW h en comparación con otros artículos (Gruber et al., 2011  y  Kushnir y Sandén , 2012), la alta proporción de la oferta disponible para la UE-27, 45 veces mayor en la producción). Los resultados - a pesar de estos supuestos optimistas - demuestran que la viabilidad de los escenarios elaborados parece ser pequeña. Una transición hacia (en parte) de los vehículos eléctricos con una química de la batería de litio basada por lo tanto no va a suceder de forma predeterminada.

Experimento mental

El escenario eléctrica completa se traduce en un 20% BEVs de la flota europea de vehículos, contra 180% si estos vehículos debían ser PHEV (basado en la masa de la batería BEVs: PHEV como 9: 1). Esto demuestra que cuando un cambio en la dirección de PHEVs se introduce a expensas de los BEV y helados la demanda descrito para Li 2CO 3 será aproximadamente reducir a la mitad (80/180 = 4/9). En tiempos de un solo desabastecimiento puede optar por producir un BEV o (36,5 kg / 4,1 kg; requisitos de baterías en 2050) nueve PHEVs que consumen la misma cantidad de Li 2 CO 3. Con un rango de 44 km asumido un PHEV es más adecuado para los desplazamientos de distancias, ya que un BEV lleva nueve veces más masa en su batería, mientras que sólo una pequeña parte de la capacidad de la batería se utiliza en distancias relativamente cortas de trayecto. Este exceso de la masa reduce la eficiencia de un BEV en distancias cortas cuando se compara con un PHEV. En términos de uso de la gasolina nueve PHEV (2,5 l × 100 kilometros -1) también son más eficientes en comparación con uno BEV (0 l × 100 kilometros -1) y ocho ICE (5 l × 100 kilometros -1). Cuando Li 2 CO 3 escasea un cambio en la dirección de los PHEV a costa de BEVs y ICE ahorra casi 2 l × 100 kilometros -1 × vehículo -1, lo cual es ventajoso para el medio ambiente y el consumidor medio.

Conclusión

El enfrentamiento entre la oferta y la demanda de Li 2 CO 3 en las próximas décadas se ha estudiado con un análisis de la dinámica del sistema. Los resultados muestran que la proporción de litio para estar disponible para las baterías en una escala global es significativo. La parte disponible para la UE-27 no lo es; la obtención de aproximadamente una quinta parte en algún momento en el tiempo es necesario, pero no probable cuando se tienen en cuenta las naturalezas optimistas de varios supuestos del modelo realizadas durante esta investigación.El mejor de los casos se estima un aumento de pliegue 45 en Li 2 CO 3 de suministro en 50 años. Como se muestra esta última instancia resulta en un exceso de alimentación(Fig. 4). Las próximas décadas, sin embargo presentan una oferta insuficiente distinta a pesar de que se asume un promedio de aumento del 8% en la producción anual, que es similar a una duplicación decenal de la producción. Los aumentos en la producción se derivaron por el hecho de que estos son en gran medida dependientes de salmuera. Por lo tanto, poner una nueva instalación en producción puede tardar una década.Desabastecimiento es un grave riesgo en las próximas décadas. Un aumento más rápido en el Li 2 CO 3 caudal de lo estimado en el escenario antes de Cristo parece improbable. Además de esto, una convención sobre el clima vinculante a nivel mundial no puede contar con una reducción significativa de las emisiones de GEI en base a la adopción a gran escala de vehículos conducidos de baterías de ion-litio.El impacto del reciclaje es pequeño en las primeras décadas, debido al rápido aumento de la demanda y un flujo de residuos relativamente pequeño disponible para el reciclaje.En el largo plazo, el impacto de los aumentos de reciclaje. Cuando se aplica la sustitución a gran escala, esto podría compensar el reciclaje y aliviar la tensión en el desabastecimiento en theEU27.

Si la curva de oferta es buena, el 20% de la flota europea de vehículos puede ser BEVs en 2050. En lugar de 20% BEVs, un escenario de adopción PHEV 100% también es factible que requiere menos Li 2 CO 3 y sólo el 63% de la demanda de gasolina. Esto da lugar a posponer el plazo de oferta insuficiente, lo que sugiere que la adopción óptima de BEVs debe ser gradual, ya que la aplicación a gran escala rápida de BEVs no es factible.Por lo tanto, la adopción a gran escala de los PHEV en una fase de transición, hasta que Li 2 CO 3 se produce a gran escala (por lo menos 45 veces la tasa de producción de 2000), disminuiría la presión sobre la producción en las próximas décadas y que también disminuir la la demanda de

gasolina. Esto puede ser seguido por la adopción a gran escala de BEVs, pero esto requerirá cierta coordinación a largo plazo para evitar que por desabastecimiento.Cuando la transición a una flota de vehículos electrificados el objetivo debe ser la de no ser dependiente de otro material individual. La falta de recursos en la UE-27 y la distribución geográfica de litio en áreas políticamente sensibles sugieren que las acciones de litio disponible para la UE-27 en las próximas décadas serán más bajas que las acciones asumidas en esta investigación. Combinado con los supuestos tecnológicos optimistas realizadas en esta investigación muestra que el caudal de litio en la sociedad y específicamente el aumento de la velocidad de flujo es el cuello de botella para una transición a (parcialmente) impulsado batería de los vehículos en la UE27, al menos cuando Li se utilizan -ion baterías. Centrándose en la aplicación a gran escala de BEVs con baterías de iones de litio con el fin de mitigar sustancialmente CO 2emisiones en el transporte es una campaña inútil y dará lugar a un cambio de la energía a la dependencia material al menos en un Europeanscale.

Agradecimientos

Nos gustaría dar las gracias al dr. René Benders y un revisor anónimo para proporcionar puntos de vista y comentarios útiles. Esta investigación ha sido financiada por una subvención del programa Energy Delta Gas Investigación (Edgar). Edgar es co-financiado por las Provincias del Norte Holanda, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, el Ministerio de Asuntos Económicos, Agricultura e Innovación y de la Provincia de Groningen.

Referencias

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o Artículo

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Citando los artículos (49)

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