Energy Transition

3 materiales sostenibles que impulsan la transición hacia las energías renovables

Desde turbinas de madera hasta baterías de arena, los materiales sostenibles pueden ayudarnos en la transición hacia una energía limpia.

Desde turbinas de madera hasta baterías de arena, los materiales sostenibles pueden ayudarnos en la transición hacia una energía limpia. Image: Raimond Klavins/Unsplash

Johnny Wood
Writer, Forum Agenda
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El futuro de la energía

Este artículo es parte de: Centre for Energy and Materials
  • La incorporación de materiales sostenibles a las tecnologías de transición energética podría contribuir a los esfuerzos de descarbonización.
  • Desde turbinas eólicas de madera a baterías de arena, se están desarrollando varias innovaciones con materiales sostenibles.
  • Las tecnologías de nueva generación son vitales para el éxito de la transición energética, según Fomentando una transición energética eficaz 2023 del Foro Económico Mundial.

A medida que la transición energética cobra impulso, la atención se desplaza de las fuentes de energía renovables a los materiales con los que se fabrican, como forma de reforzar los esfuerzos de descarbonización.

Incorporar materiales sostenibles a las soluciones de energía limpia ayuda a reducir su impacto ambiental y podría mejorar potencialmente su rendimiento o eficiencia.

El despliegue de las energías renovables ha crecido exponencialmente, pero es necesario innovar en las tecnologías energéticas de nueva generación, según el informe Fostering Effective Energy Transition (Fomentando una transición energética eficaz) 2023 del Foro Económico Mundial.

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1. Torres de turbina de madera

Las turbinas eólicas no son nada nuevo. En muchos países salpican el paisaje o forman parte de grandes parques eólicos marinos.

Pero los ingenieros de una start-up sueca han construido el aerogenerador de madera más alto del mundo, sustituyendo la construcción de acero utilizada en los diseños tradicionales. Su generador de 2 megavatios acaba de empezar a suministrar electricidad limpia a la red sueca, con capacidad para abastecer a unos 400 hogares.

La torre de la turbina tiene 105 metros de altura - 150 metros hasta la punta de la pala más alta - y está construida con 144 capas de chapas de madera laminada (LVL), que se encolan y comprimen para formar secciones curvas. El resultado es una columna gruesa, resistente y flexible.

Como la madera es más ligera que el acero, las turbinas más altas pueden construirse utilizando menos materiales, explicó a la BBC David Olivegren, codiseñador del concepto. Está previsto construir torres aún más altas en el futuro.

Mientras que la generación de energía eólica no genera emisiones, la producción del acero utilizado para fabricar las turbinas tradicionales es intensiva en carbono.

Sin embargo, la sustitución del acero por madera es carbono negativo, ya que no se emite carbono durante la fabricación de la torre de la turbina y la madera actúa como almacén del CO2 atrapado por la naturaleza cuando los árboles estaban vivos.

La ciencia que hay detrás de los parques eólicos indica que cuanto más grandes son las palas, más electricidad genera cada vuelta, lo que ha dado lugar a una tendencia industrial hacia diseños cada vez más grandes.

La capacidad de las turbinas, el diámetro del rotor y la altura del buje han aumentado considerablemente a largo plazo.
Las torres de aerogeneradores y el tamaño de las palas aumentan con el tiempo en Estados Unidos y otros países. Image: Energy.gov

A medida que se acelera la carrera por el tamaño, el transporte de torres de turbinas y palas de acero superdimensionadas a emplazamientos tanto terrestres como marinos se ha convertido en un reto cada vez mayor, que requiere vehículos especialmente construidos para transportarlas y puertos e infraestructuras de carga reforzados para soportar el peso adicional. La construcción de la turbina de madera es modular, por lo que puede superar muchos de estos retos.

2. Baterías de arena

Las energías renovables, como la eólica y la solar, se generan según el principio de "usar o perder", a menos que la energía sobrante pueda almacenarse para utilizarse cuando se necesite.

Las baterías son medios de almacenamiento que podrían proveer una solución, pero a menudo requieren minerales críticos que corren el riesgo de escasear. Además, podrían tener un impacto ambiental negativo si no se gestionan bien.

La central eléctrica de Vatajankoski (Finlandia) alberga la primera batería de arena a escala comercial del mundo, una solución sencilla, abundante, sostenible -el planeta tiene arena de sobra- y barata.

La instalación consta de 100 toneladas de arena de baja calidad no apta para la construcción, que está rodeada de un grueso aislamiento para retener el calor. La energía renovable procedente de turbinas eólicas e instalaciones solares de Finlandia alimenta una resistencia que calienta el aire del interior de la pila. Un ventilador hace circular el aire por intercambiadores tubulares.

A una temperatura constante de hasta 600 grados centígrados, la batería de arena tiene capacidad para almacenar 8 megavatios de energía térmica. Cuando aumenta la demanda, la batería descarga unos 200 kilovatios de energía a través de intercambiadores tubulares, lo que es suficiente para suministrar calefacción y agua caliente a unas 100 viviendas y una piscina pública, complementados con energía de la red.

La batería se recarga durante la noche, cuando la demanda de electricidad, y por tanto los precios, son más bajos. Como el sistema está totalmente automatizado, los costes de funcionamiento son mínimos.

Cuota de generación de electricidad renovable por tecnología, 2000-2028.
La combinación energética mundial va camino de transformarse de aquí a 2028, según la AIE. Image: AIE

Aunque la arena almacena entre 5 y 10 veces menos energía (por unidad de volumen) que las baterías químicas tradicionales, en las baterías de arena no se produce ninguna reacción química, por lo que no se degradan ni son inflamables. La arena también tiene un impacto ambiental mucho menor que las baterías de iones de litio, lo que la convierte en una forma sostenible de almacenar energía para cuando se necesite, ayudando a superar los problemas de intermitencia asociados a algunas fuentes de energía renovables.

El almacenamiento de energía es un componente esencial del cambio a una energía más limpia. Según la Agencia Internacional de la Energía, se prevé que en 2028 las fuentes de energía renovables representen más del 42% de la generación mundial de electricidad, con la eólica y la solar sumando el 25%.

Descubre

¿Qué está haciendo el Foro Económico Mundial en el ámbito de la transición a una energía limpia?

3. Neumáticos recargables

Uno de los principales fabricantes de neumáticos del mundo está desarrollando un nuevo tipo de neumático "autogenerador" para vehículos eléctricos, capaz de adaptarse a las diferentes condiciones de la carretera o el clima, o de cambiar de perfil para ajustarse a las preferencias de viaje de cada conductor.

El neumático está unido a un recipiente rellenable, alojado en el cubo de rueda del vehículo, que contiene compuesto biodegradable para la banda de rodadura, una sustancia biológica reforzada con fibras para aumentar su durabilidad.

Una cápsula propulsa el compuesto para sustituir la banda de rodadura desgastada en la superficie del neumático, o para cambiar el perfil del neumático con el tiempo y adaptarlo a las diferentes condiciones de conducción, todo ello sin la molestia de tener que desmontar la rueda y sustituir el neumático.

El resultado es una solución cómoda, duradera y biodegradable que elimina el problema de qué hacer con todos esos neumáticos de automóviles gastados y desechados.

Éstas son sólo algunas de las formas en que se han incorporado materiales más sostenibles a las soluciones de energía limpia para contribuir a los esfuerzos de descarbonización.

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Así es como la energía eólica reconfigura el futuro de la política global

Rishabh Mishra

13 de junio de 2024

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