El sector de la energía es, sin duda alguna, uno de los sectores que han presentado avances sorprendentes en los últimos años, especialmente en lo que refiere a la generación de energías renovables y a uno de los mayores retos a enfrentar en este campo: su almacenamiento. Por ello, se ha buscado la construcción de sistemas que permitan conservar y utilizar la energía, sin necesidad de depender completamente de las condiciones climáticas o meteorológicas; ejemplo de ello son las hoy sorprendentes baterías térmicas, de las que hablaremos a lo largo de este artículo de Futuro Eléctrico.
Tabla de contenidos
¿Qué es una batería térmica?
Como lo mencionamos en la introducción de este artículo, uno de los términos más innovadores en el sector de las energías renovables es Baterías térmicas. Ellas se han consolidado como uno de los actores fundamentales, no solo para descarbonizar la industria pesada, sino también para almacenar eficientemente la energía, permitiendo el acceso constante a ella y facilitando la creación de una red completamente renovable.
Las baterías térmicas son sistemas o herramientas que permiten almacenar energía térmica, como su nombre lo indica. Estas baterías liberarán dicha energía cuando sea necesario producir electricidad, sin depender de las condiciones climáticas. De esta forma, este tipo de baterías utilizan el calor de la energía solar o eólica concentrada para hacer funcionar todas las herramientas que, en conjunto, conforman un sistema eléctrico. Aquí, además, radica la principal diferencia con las baterías de iones de litio, ya que en las baterías térmicas se almacena energía en forma de calor, en lugar de almacenarla electroquímicamente.
¿Cómo funcionan las baterías térmicas?
El funcionamiento de las baterías térmicas se alimenta de las fuentes de energías renovables ─como la energía solar o la energía eólica─, cuando estas son abundantes. Estas baterías constan de dos partes clave: un dispositivo que almacena calor (construido con hidruro metálico o carbonato metálico de alta temperatura) y un dispositivo de almacenamiento de gas de baja temperatura (en donde se encuentra el dióxido de carbono y el hidrógeno).
En las noches o cuando no se dan las condiciones de obtener la energía naturalmente, los gases son liberados del dispositivo de almacenamiento para que sean absorbidos por el metal a altas temperaturas. Cuando el calor almacenado alcanza la temperatura suficiente, este se suministra directamente o se convierte en electricidad mediante células termofotovoltaicas. Estas células funcionan a través de semiconductores que liberan una cantidad de energía determinada por la cantidad de energía que necesita el electrón para cruzar por la banda prohibida o la brecha energética, según lo mencionado por el ingeniero mecánico de MIT, Asegun Henry, y recopilado en el artículo «Es como tener el Sol metido en una caja»: así es la nueva tecnología con la que el MIT pretende revolucionar las renovables:
Los electrones de esta célula termofotovoltaica se encuentran dentro de sus aleaciones, y se apilan unos encima de otros como las capas de una tarta. La celda está hecha de dos capas de aleaciones semiconductoras y una capa reflectante de oro. Las aleaciones de este experimento fueron elegidas de acuerdo con la longitud de onda de los fotones necesarios para alimentar la celda con su máxima eficiencia. Si “quieres absorber la luz a una frecuencia particular, puedes averiguar qué aleaciones te darán la banda prohibida correcta que buscas.
De esta manera, la función principal de estas baterías consiste en transformar la energía fotovoltaica geotérmica y la eólica en calor, almacenando adecuadamente los excedentes, para convertirlos nuevamente en electricidad en el momento oportuno.
Avances en baterías térmicas: Estudios y proyectos destacados
Frente a este aspecto vale mencionar que el campo de las baterías térmicas aún se encuentra en un estado incipiente; sin embargo, para nadie es un secreto que es un mercado que, aunque le falta mucho por explotar, tiene un potencial de crecimiento muy interesante, teniendo especialmente en cuenta el interés por la descarbonización a gran escala.
De acuerdo con lo anterior, uno de los avances más prometedores es el de MIT, citado anteriormente. Un grupo de investigadores de esta institución ha construido una celda termofotovoltaica que se combina con fuentes de energía renovable para convertir los fotones entrantes en electricidad. La electricidad obtenida a través de esta celda alimentaria calentadores resistivos que calientan el metal líquido, el cual es bombardeado sobre bloques de grafito, lo que sería como si ─según Henry─ se tuviera al sol metido en una caja. Estos motores térmicos se almacenarían uno encima del otro, creando una gran matriz. La idea es que esta tecnología escale al tamaño suficiente para conectarse a la red eléctrica existente.
De la mano con lo anterior, algunas empresas emergentes están apostando por este tipo de tecnología. Este es el caso de Antora Energy, la cual presentó, hace unas semanas, su plan para construir la primera planta de fabricación a gran escala de baterías térmicas. Se espera que esta entre en funcionamiento el año que viene y tenga la capacidad de alimentar las plantas industriales de todo el país.
Otro enfoque prometedor en este campo es el proyecto europeo Amadeus, el cual ha buscado crear un prototipo a escala, con el fin de investigar nuevos materiales y dispositivos para almacenar energía a temperaturas muy elevadas.
Aplicaciones futuras de las baterías térmicas
Las baterías térmicas son uno de los factores que determinarán el futuro de las energías renovables, por lo que se espera que sus aplicaciones sean muy variadas. En primer lugar, se estima que sean bastante útiles en las instalaciones residenciales y comerciales, ya que ellas conforman parte de la gran demanda de calor con fuentes renovables. Este sistema no solo reduciría las emisiones de CO2, sino que podría permitir un ahorro del 70%-80% de electricidad y de 15%-20% de calefacción. Además, podrán favorecer a microrredes comunitarias, redes insulares o poblaciones sin acceso a electricidad.
Este innovador enfoque también impacta a las grandes industrias, como, por ejemplo, la industria minera. Las baterías térmicas serían capaces de sustituir a los grupos electrógenos diésel tradicionales, ya que pueden proporcionar energía constantemente. Esto implicaría un ahorro importante de combustible y costes de explotación mucho más bajos. A su vez, se implementan en procesos industriales como la producción de cemento, la fundición de metales o la fabricación de productos químicos.
Y como si lo anterior no fuera suficiente, las baterías térmicas también se están implementando en los coches eléctricos, ya que permiten que estos mejoren su alcance a través de condiciones de calefacción y refrigeración eficaces.
Palabras clave
A modo de conclusión vale resaltar que los sistemas de baterías térmicas serán indispensables para transformar la manera en la que se gestiona actualmente la energía, gestionando, a su vez, los picos de demanda y mejorando su eficiencia. Son, entonces, activos fundamentales para la construcción de una red eléctrica verdaderamente confiable, resiliente y sostenible.