CDT Investigadores del MIT crean una batería con la consistencia de la melaza que permitirá almacenar energía eólica y solar.
El almacenamiento de energía renovable es uno de los grandes retos para que la energía eólica y solar terminen de consolidarse. Si bien hoy ofrecen una eficiencia impensable hace algunos años –en el caso de la fotovoltaica ya sobrepasan el 20%– los periodos nocturnos o sin viento siguen afectando a la estabilidad de la producción. Por suerte, una peculiar batería semisólida desarrollada por investigadores del MIT podría ser uno de los avances científicos para dar respuesta a este desafío.
La batería de “melaza”
Técnicamente, el dispositivo del MIT es una batería de flujo semisólida, pero su consistencia y color sí que recuerdan a la melaza. Los investigadores han publicado recientemente un artículo en la revista científica Joule en el que demuestran que su solución podría ser más barata, eficiente y escalable que las actuales.
El objetivo de estas nuevas baterías es almacenar la electricidad de las llamadas energías renovables variables (conocidas como VRE, por sus siglas en inglés) durante un día o más. En este caso, el principal ingrediente que han empleado los científicos para lograrlo es el óxido de zinc-manganeso.
Uno de los principales obstáculos de las baterías de flujo, como son las de vanadio, es el elevado coste de los productos químicos empleados a la hora de almacenar electricidad a escala de megavatios. Para poder sortear este escollo, los investigadores recurrieron a la mezcla manganeso con negro de carbón, lo que le confiere ese aspecto de melaza ya descrito. A su vez, esa mezcla reacciona con una solución conductiva de zinc.
Gracias a su viscosidad, estos electrolitos (así se llama la solución) pueden fluir, pero a la vez se impide que las partículas electroconductivas se precipiten al fondo mientras no se está usando. Lo fundamental, apuntan los investigadores, es que han alcanzado un equilibrio entre coste, rendimiento y durabilidad desde la fase de prototipado.
La batería de zinc-manganeso es una evolución de las baterías de flujo que se han estado desarrollando durante las últimas décadas, que ofrecen gran capacidad de carga y almacenamiento en muy poco tiempo. A continuación, te explicamos esa y otras técnicas de almacenamiento de energía renovable.
Baterías de flujo redox
Las baterías de flujo comenzaron a investigarse en el siglo XIX, cuando se utilizaron en un prototipo de dirigible llamado La France que era capaz de volar durante ocho minutos con una batería de flujo de zinc-cloro con un peso de media tonelada desarrollada para el proyecto. Esta batería era de tipo líquido, pero nunca pasó de la fase experimental.
La NASA recuperó la idea un siglo después, en 1973, cuando produjo la primera batería de flujo redox, destinada a una futura base lunar alimentada con energía eléctrica. Esta vez, basada en hierro y cromo. Por desgracia, no llegó a utilizarse. Por fin, en los noventa, comenzaron a utilizarse de forma industrial baterías de flujo redox de vanadio en una planta eléctrica de Mitsubishi en Japón.
Estas baterías suelen tener un elevado coste de producción, pero curiosamente, la brea que se empleaba como combustible era muy rica en ese metal. Como también el hollín que generaba, lo que permitiría producirlas de manera competitiva.
Pero ¿en qué consiste el sistema redox? Estas baterías de flujo para el almacenamiento de energía renovable se basan en electrolitos líquidos y un proceso de reducción y oxidación (de ahí lo de “redox”).
El proceso electroquímico se basa en dos componentes que se disuelven en una solución líquida que se hace pasar por sendas membranas contiguas donde se produce el intercambio de iones. En el caso del vanadio, se aplican distintos estados de oxidación y reducción a cada lado, de tal forma que los elementos intercambian protones para entrar en equilibrio.
Además de sustituir el vanadio por bromuro para reducir costes, otra de las baterías redox que se han desarrollado en los últimos años están basadas en materiales orgánicos, lo que cerraría el círculo ecológico de las energías renovables.
Hidrógeno verde
Otra de las maneras de almacenar energía renovable es su conversión en combustible. Concretamente, hablamos del hidrógeno verde. Debido a que el hidrógeno se genera por medio de procesos de electrólisis, es posible emplear energía renovable para extraerlo del agua, tal como se está llevando a cabo en este proyecto.
Esta solución es una de las más prometedoras y países como España o EE.UU. están apostando por el hidrógeno verde como una de las soluciones para dar estabilidad al suministro de energía renovable. Se calcula que, para el año 2040 o puede que antes incluso, el coste del hidrógeno verde será el mismo que el de producir hidrógeno gris o azul (incluye la captura de carbono emitido), es decir, el hidrógeno generado por medio de combustibles fósiles.
Bombeo hidroeléctrico inverso
La gravedad es una de las maneras de generar electricidad. De hecho, es lo que permite el funcionamiento de las presas hidroeléctricas. El planteamiento del bombeo hidroeléctrico inverso, también conocido como centrales hidroeléctricas reversibles, pasa por invertir este proceso. Es decir, utilizar energía renovable para bombear agua hasta depósitos más elevados cuando sobra electricidad y hacerla pasar por una turbina eléctrica en periodos en los que se necesite.
Existen diversos enfoques para este tipo de almacenamiento de energía renovable. Se puede utilizar un embalse natural o bien un depósito artificial. También se puede recurrir al agua de mar o incluso empleando depósitos subterráneos o submarinos. En cualquier caso, es preciso recurrir a una combinación de sistemas de bombeo y turbinas eléctricas.
Aire comprimido
En Ontario, Canadá, ya existe una planta de almacenamiento de energía renovable por medio de aire comprimido. La instalación es capaz de producir 1,75 MW/hora durante seis horas. El objetivo es alcanzar hasta ocho horas de suministro ininterrumpido y ya hay planes para dos plantas más.
El funcionamiento de esta tecnología es relativamente sencillo. Durante las horas de máxima producción de energía renovable, la electricidad se utiliza para comprimir y bombear aire a cavidades subterráneas, ya sea artificiales o naturales. En el momento en que se requiere la energía el aire se libera a través de un sistema de válvulas para mover turbinas eléctricas. La ventaja de esta tecnología es que no requiere litio ni productos químicos como los sistemas de baterías convencionales.
Sales fundidas
Si el aire comprimido almacena energía por medio de la presión, los sistemas de sales fundidas lo hacen recurriendo al calor. El funcionamiento de esta tecnología es algo distinto a las anteriores. En este caso lo que se utiliza es una planta de energía solar térmica. Así, se utiliza un concentrador de rayos solares para calentar una combinación de diversas sales, que pueden incluir el sodio, el potasio o el calcio entre otras. Las sales fundidas se almacenan en depósitos para su uso posterior.
Cuando se necesita liberar esta energía, se utiliza el calor residual de las sales para generar vapor que, a su vez, mueve una turbina eléctrica. Con un aislamiento adecuado, se puede conservar el calor durante una semana entera, por lo que es una tecnología con bastante potencial. Los primeros proyectos de almacenamiento de energía por medio de sales fundidas se llevaron a cabo a finales de los años noventa del siglo XX.
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