¿Hay vida más allá del litio? La propulsión submarina del futuro

¿Recuerdas al Nautilus del Capitán Nemo? Aquel sueño de una navegación submarina ilimitada y silenciosa, compartido por el visionario Isaac Peral, ha dejado de ser ciencia ficción para convertirse en una necesidad estratégica ineludible. Tras más de un siglo de dominio por parte de las baterías de plomo-ácido, empleadas en cientos de submarinos -muchos de ellos todavía en servicio- asistimos a un cambio disruptivo liderado por Japón: el abandono de los complejos sistemas AIP en favor de submarinos 100% eléctricos impulsados por baterías químicas avanzadas. En este artículo desgranamos el futuro de la propulsión submarina, desde la robustez de las baterías de ferrofosfato de litio (LFP) hasta la promesa de las de estado sólido y el renacer del sodio. Analizamos, además, uno de los grandes dilemas a los que se enfrentan planificadores e ingenieros: ¿priorizar la seguridad en tiempos de paz o la letalidad en la guerra? Descubre por qué el sigilo del «submarino serpiente» amenaza la hegemonía del «tigre nuclear» y cómo esta tecnología redefinirá el poder naval en la próxima década. Suscríbete ahora a Ejércitos y adéntrate en las profundidades de la ingeniería de vanguardia que decidirá las batallas del mañana.

Se abrió una puerta y me introduje allí, donde el capitán Nemo -un ingeniero de primer orden, con toda seguridad -había instalado sus aparatos de locomoción. El cuarto de máquinas, netamente iluminado, no rnedía menos de veinte metros de longitud. Estaba dividido en dos partes: la primera, reservada a los elementos que producían la electricidad, y la segunda, a los mecanismos que transmitían el movimiento a la hélice.

(Jules Verne, 20.000 leguas de viaje submarino)

Puntos clave

• La evolución histórica y el estado del arte de la propulsión submarina: El texto traza un recorrido desde las visiones de Julio Verne y el submarino de Isaac Peral hasta la actualidad, destacando cómo Japón ha liderado el cambio al eliminar los sistemas AIP en favor de submarinos 100% eléctricos con baterías de litio de alto rendimiento, como las clases Oryu y Taigei.

• Análisis técnico de las distintas químicas de baterías: Se examinan en detalle las ventajas, desventajas y aplicaciones de diversas tecnologías, incluyendo las baterías de ferrofosfato de litio (LFP) por su seguridad, las de litio-azufre (Li-S), las de estado sólido (SSB) que prometen autonomías oceánicas, y las emergentes baterías de iones de sodio como alternativa económica y segura.

• Comparativa operativa frente a la propulsión nuclear y AIP: El artículo evalúa si las baterías pueden sustituir a la energía nuclear, concluyendo que aunque el submarino nuclear mantiene la ventaja en velocidad y autonomía, el submarino eléctrico es superior en sigilo, usando la analogía del «tigre y la serpiente»; además, se analiza cómo las nuevas baterías podrían empezar a reemplazar a los sistemas AIP menos eficientes.

• El dilema estratégico entre seguridad y prestaciones: Se expone la difícil decisión que deben tomar las marinas de guerra al elegir baterías: priorizar la seguridad y estabilidad en tiempos de paz (evitando el riesgo de incendios incontrolables) o buscar las máximas prestaciones y densidad energética necesarias para la supervivencia y el ataque en tiempos de guerra.

Índice

• Submarinos eléctricos, la idea original
• Submarinos eléctricos, el estado del arte en 2025
• Litio-ion ¿por qué?
• Las baterías de litio, un sector en rápida evolución (a mejor)
• Tipos de baterías de litio y sus usos, especialmente en submarinos

  • Titanato de litio (LTO)
  • Ferrofosfato de litio (LFP)
  • Litio-ion (NCM y similares)
  • Litio-azufre
  • Electrolito sólido
  • Baterías de sodio-ion

• Resumen de baterías con potencial en submarinos
• ¿Podrán suplantar las baterías a la propulsión nuclear?
• ¿Podrán las baterías suplantar a los sistemas AIP?
• Difíciles pero necesarias decisiones
• Conclusiones
• Referencias
• Anexo: la maquinaria propulsora del Nautilus de Verne

Submarinos eléctricos, la idea original

En 1867, cuando la electricidad era una fuerza de la naturaleza aún mal conocida y menos aún controlada, un visionario ya anticipaba que habría buques capaces de navegar bajo el mar impulsados por energía eléctrica. En la visión de Verne, lo harían con gran potencia y autonomía submarina casi ilimitada.

Veinte años después, en 1888, nuestro compatriota Isaac Peral diseñaba, construía y probaba el Peral, primer submarino de concepto moderno, un buque 100% eléctrico como el Nautilus de Verne. Tenía prestaciones modestas, escasa velocidad y autonomía muy limitada por la capacidad de las baterías de entonces, a base de plomo y ácido sulfúrico. Por desgracia, no tuvo secuelas pero el modelo sigue siendo actual.

Ya en el Siglo XX, el submarino tomó cuerpo de naturaleza en las principales marinas de guerra. Las limitaciones impuestas por aquellas baterías, pesadas y poco capaces, llevaron a que para la 1ª GM los submarinos hubiesen adoptado casi unánimemente los motores de combustión interna como modo principal de propulsión para la mayor parte de las navegaciones, empleando las baterías y los motores eléctricos solamente durante breves períodos, apenas unas horas, de operaciones en inmersión, es decir en situaciones de combate, tanto ataque como evasión. Este modelo se mantuvo hegemónico hasta 1943, ya en medio de la 2ª GM, cuando los medios aliados de detección y destrucción de submarinos hicieron difícilmente viable este modo de operación. Salir a la superficie era demasiado arriesgado.

Buscando un mayor potencial de inmersión, una mayor autonomía anaeróbica, Alemania volvió a la idea original, un buque que operase principalmente sumergido. Para ello construyeron el submarino Tipo-XXI, el elektro-boote, con un perfil más estilizado, más hidrodinámico, pero, sobre todo, con una planta de baterías mucho más grande. Seguía llevando baterías de plomo-ácido con una reserva de energía de unos 15 MWh y un peso de unas 300T, casi el 20% del desplazamiento del buque. Con ellas, el Tipo-XXI podía alcanzar una autonomía anaeróbica de unas 200 millas a unos 4 nudos. No llegó a entrar en combate, pero los aliados se incautaron de varios ejemplares y los sometieron a pruebas intensivas. El resultado influyó en los diseños de submarinos posteriores, pero sin llegar al ideal del submarino 100% eléctrico, siempre limitado por la baja capacidad de las baterías. 

En 1955 aparece el submarino atómico, con propulsión nuclear, que las marinas poderosas, EEUU, URSS, Reino Unido y Francia adoptan en las 2-3 décadas siguientes. La disponibilidad de una reserva de energía anaeróbica cuasi-infinita del submarino nuclear quita presión a la búsqueda de submarinos a base de baterías, pero ese es otro tema sobre el que volveremos más abajo.

Las marinas que no pueden disponer de submarinos nucleares tienen que esperar otros 40 años para empezar a operar una alternativa mejor que un mero derivado del Tipo XXI. En 1996 se introducen los primeros submarinos suecos clase Gotland con un sistema de propulsión independiente del aire (AIP) de baja potencia, que multiplica la autonomía anaeróbica a baja velocidad, pero manteniendo las baterías de plomo-ácido lo que implica que no se mejoran las prestaciones a velocidades medias o altas, siempre dependientes de este tipo de baterías, más de 100 años después de Isaac Peral.

Submarinos eléctricos, el estado del arte en 2025

Hay que esperar otro cuarto de siglo, para ver de nuevo un submarino 100% eléctrico que no use baterías de plomo-ácido. En 2020 entra en servicio en la Armada de Japón, el submarino Oryu (Dragón Fénix) con una enorme planta de baterías de litio. Merece la pena detenerse un poco en este moderno diseño.

1. El buque es una variante de la clase Soryu cuyo primer buque fue puesto en grada en 2005 y entró en servicio en 2009. El Oryu es el undécimo de la serie, por tanto, es un proyecto que nace a principios del siglo XXI.
2. El principal, o casi único cambio importante respecto a sus antecesores en la serie, es la eliminación del AIP, sistema sueco Kockums-Stirling, aprovechando el peso y espacio liberado para instalar una planta de baterías de peso aproximadamente doble del original de la serie, llegando a unas 770t en total, que supone el 20% del desplazamiento en superficie del buque (casualmente o no, la misma proporción que en el Tipo XXI).
3. En lugar de las baterías de plomo-ácido, se adoptan baterías de litio-azufre con electrolito semisólido (tipo SSSB) con una capacidad de unos 300Wh/kg, lo que supera ampliamente a las de automoción disponibles en 2015 al iniciarse la construcción de este buque. Estas baterías dan al Oryu la enorme capacidad anaeróbica de 230MWh, quince veces la del Tipo XXI.
4. Las nuevas baterías se ubican en el espacio antes ocupado por el AIP y en otros espacios bajos no esenciales del buque, respetando sin tocarlos los espacios dedicados a navegación, control, armamento o maquinaria propulsora.
5. Por todo lo anterior se intuye que el cambio del AIP a más baterías estaba planificado desde el principio de la serie, es decir desde hace al menos 25 años, cosa que concuerda con la forma metódica de los japoneses para hacer cambios o introducir novedades.
6. La planificación tan anticipada no excluye que se hayan corrido riesgos importantes, al saltar de una tecnología consolidada desde hace más de un siglo, el plomo-ácido, a una tecnología que en 2015 estaba muy por delante del estado del arte, el SSSB con litio-azufre. Es indudable que los japoneses habrán realizado innumerables pruebas a lo largo de todo el proceso. No suelen dar pasos en vacío.

El resultado es espectacular: en Oryu alcanza unas 4.000 millas de autonomía anaeróbica a 5 nudos (33 días) y unas 750 millas a 20 nudos (37 horas). Puede merodear bajo el agua a baja velocidad más de 1.000 horas, más de 6 semana. Supera de largo a todos los submarinos no nucleares en autonomía y velocidad bajo el agua, a la vez que supera a los submarinos nucleares en sigilo.

Japón no se ha detenido ahí, en 2018 se pone que quilla y en 2022 se entrega el submarino Taigei (Gran Ballena), similar al Oryu pero con 200t más de baterías, lo que hace subir su reserva de energía anaeróbica hasta cerca de los 300MWh y la autonomía anaeróbica hasta las 5.000 millas a 5 nudos o unas 950 millas (48 horas) a 20 nudos. A este buque le han seguido otros tres de la misma serie (2023, 2024, 2025), ya entregados, se espera otro para 2026 y uno más sin fecha de entrega anunciada. Con eso Japón dispondrá de 8 submarinos 100% eléctricos, además de otros 10 con AIP. Hoy por hoy, es el estado del arte en submarinos no nucleares.