Extrañas soluciones de almacenamiento de energía podrían ayudar a que la red se vuelva renovable

Todos estamos familiarizados con las baterías. Ya sea que estemos hablando de AA desechables en el control remoto del televisor o de instalaciones gigantes llenas de celdas recargables para almacenar energía para la red, son parte de nuestra vida diaria y se entienden bien.

Sin embargo, las nuevas tecnologías para almacenar energía están en el horizonte con fines de almacenamiento en la red, y son muy diferentes de las baterías normales a las que estamos acostumbrados. Estas tecnologías son clave para aprovechar al máximo las fuentes de energía renovable, como la energía solar y eólica, que no están disponibles todo el tiempo. Echemos un vistazo a algunas de estas ideas y cómo cambian radicalmente lo que consideramos una "batería".

Normalmente, las baterías que usamos consisten en una caja de metal o plástico con algo de electrolito dentro, intercalado entre electrodos. Por lo general, el electrolito está en forma de pasta o gel y, para todos los efectos, pensamos en las baterías como un objeto típicamente sólido, incluso si son pegajosas por dentro.

Las baterías de flujo de hierro funcionan de una manera completamente diferente. Utilizan electrolito líquido que se bombea a una batería según sea necesario para generar electricidad. El electrolito consta de iones de hierro en solución, generalmente en forma de soluciones acuosas como cloruro de hierro o sulfato de hierro.

Los materiales típicos de los electrodos son el carbono tanto para el lado positivo como para el negativo, con la batería construida como dos medias celdas con un separador poroso en el medio. A medida que se carga la batería, los iones de hierro (II) se oxidan en la semicelda positiva, cediendo electrones para convertirse en iones de hierro (III). En la semicelda negativa, los iones de hierro (II) ganan electrones para convertirse en hierro (0), y el hierro metálico se deposita sobre el electrodo negativo. Cuando la batería se descarga en una carga, estas reacciones ocurren a la inversa, con el metal en el electrodo negativo de media celda volviendo a la solución.

Las baterías de flujo de hierro tienen la ventaja de que escalan. Se pueden construir fácilmente tanques y celdas más grandes, lo que es ideal para aplicaciones de red en las que se desea almacenar muchos megavatios-hora de energía. Otro beneficio es el ciclo de vida de una batería de flujo de hierro, medido entre 10 000 y 20 000 ciclos. Eso es un orden de magnitud mejor que la mayoría de las celdas de iones de litio, y le da a las baterías de flujo de hierro una vida útil del orden de 10 a 20 años, o incluso más.

Los productos químicos involucrados también son baratos y fácilmente disponibles: el hierro y sus sales son fáciles de obtener en casi cualquier parte del mundo. Hay pocos requisitos para los elegantes metales de tierras raras que son clave para la producción de celdas de iones de litio de alta gama. Además, los productos químicos utilizados también son seguros: en realidad, no hay nada en una batería de flujo de hierro que pueda explotar o incendiarse como otras tecnologías.

Sin embargo, la batería de flujo de hierro tiene algunos inconvenientes. La tecnología simplemente no tiene la densidad de potencia de las baterías de iones de litio, por lo que se requiere más espacio para construir una batería capaz de entregar la misma potencia. Además, debido a la reacción de recubrimiento en el electrodo negativo, la batería de flujo de hierro no escala tan bien como algunos otros diseños teóricos. Otras baterías de flujo solo requieren más electrolito para seguir produciendo energía, y el tamaño de los electrodos no es importante en este sentido. Además, aunque la tecnología almacena energía eléctrica directamente en un sentido químico, las baterías de flujo de hierro suelen ser menos eficientes que el almacenamiento por bombeo hidroeléctrico, suponiendo que se disponga de un terreno adecuado. Sin embargo, los métodos avanzados de almacenamiento hidroeléctrico pueden contrarrestar este requisito.

Las empresas están desarrollando la tecnología para aplicaciones del mundo real en la actualidad. Las baterías de flujo del tamaño de un contenedor de envío de compañías como ESS están disponibles con capacidades de hasta 500 kWh, con salidas de energía lo suficientemente altas como para alimentar decenas de casas durante un período de 12 horas. Apilar varias unidades en una sola instalación escala la capacidad según sea necesario. Están dirigidos al llamado mercado de almacenamiento de "largo plazo", para almacenar energía del orden de 4 a 24 horas. Esto los hace ideales para casos de uso como el almacenamiento de energía durante los picos solares diarios para su uso en las horas nocturnas oscuras.

El dióxido de carbono está a nuestro alrededor, como un componente clave de la atmósfera. También es un gas que se puede almacenar fácilmente como líquido a temperatura ambiente, siempre que se lo someta a suficiente presión. De esta forma, ocupa mucho menos espacio y también se puede ganar energía en la transición de fase. Energy Dome es una empresa que identificó que esta propiedad podría ser útil y ha desarrollado un sistema de almacenamiento basado en el gas predominante.

Para cargar la "batería" de dióxido de carbono, se aplica energía para comprimir el CO2 gaseoso en un líquido. El calor generado en el proceso de compresión se almacena en un sistema de almacenamiento de energía térmica. Para extraer energía, el CO2 líquido se calienta a partir del calor previamente almacenado y se le permite expandirse a través de una turbina, que genera energía. El diseño utiliza CO2 en un sistema sellado. La energía se almacena en la presión aplicada al CO2 y en el cambio de fase, más que en cualquier reacción química. Por lo tanto, no es realmente una "batería", per se, más que un almacenamiento por bombeo hidroeléctrico, pero es un sistema de almacenamiento de energía.

El sistema tiene la ventaja de estar construido a partir de un equipo simple y bien entendido que ya está fácilmente disponible. Después de todo, no hay nada radical en comprimir gases ni expandirlos a través de turbinas. Además, no hay necesidad de costosos materiales de tierras raras o incluso grandes cantidades de cableado de cobre, como con las soluciones de almacenamiento de baterías de iones de litio.

Energy Dome ya está planeando un despliegue comercial en los EE. UU. para 2024. Ya ha realizado pruebas a una escala de varios megavatios, lo que indica el principio básico de la tecnología. La compañía también ha conseguido un acuerdo para construir una instalación para la compañía energética italiana A2A, con una capacidad de 200 MWh y una entrega de energía de 20 MW.

El hecho es que a medida que las redes de todo el mundo cambien a más soluciones de energía renovable, habrá una demanda cada vez mayor para almacenar esa energía. Las soluciones tradicionales como el almacenamiento por bombeo hidroeléctrico siguen siendo relevantes, al igual que las principales instalaciones de baterías de iones de litio que están surgiendo en todo el mundo.

Sin embargo, diferentes circunstancias hacen que otras tecnologías de almacenamiento también puedan encontrar su propio nicho. En particular, aquellos que dependen de materiales baratos y fáciles de conseguir tendrán una ventaja, especialmente dados los problemas geopolíticos y de la cadena de suministro que enfrentan hoy. Espere que aparezcan más tecnologías nuevas en este espacio a medida que el almacenamiento de energía renovable se convierta en una parte clave de nuestra red eléctrica en el futuro.