Gracias a la red eléctrica moderna, tienes acceso a la electricidad cuando quieras. Pero la red solo funciona cuando se genera la misma cantidad de electricidad que se consume. Dicho esto, es imposible mantener el equilibrio todo el tiempo. Por eso, los operadores hacen que las redes sean más flexibles al añadir formas de almacenar el excedente de electricidad para cuando baje la producción o aumente el consumo.
Alrededor del 96 % de la capacidad de almacenamiento de energía del mundo corresponde a una sola tecnología: la energía hidroeléctrica de bombeo. Siempre que la generación supera la demanda, se utiliza el excedente de electricidad para bombear agua hacia una presa. Cuando la demanda supera la generación, se deja caer esa agua —gracias a la gravedad— y la energía potencial acciona turbinas que producen electricidad.
Pero el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo requiere geografías particulares, con acceso al agua y a embalses situados a distintas alturas. Por eso, alrededor de tres cuartas partes de toda la capacidad de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo se han construido en solo 10 países. El problema es que el mundo necesita añadir mucho más almacenamiento de energía si queremos seguir incorporando la energía solar y eólica intermitente necesaria para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles.
Una empresa emergente llamada Energy Vault cree tener una alternativa viable a la energía hidroeléctrica de bombeo: en lugar de usar agua y presas, utiliza bloques de hormigón y grúas. Ha operado en modo sigiloso hasta hoy (18 de agosto), cuando se anunciará su existencia en Kent Presents, un festival de ideas en Connecticut.
Una calurosa mañana de julio viajé a Biasca, Suiza, a unas dos horas al norte de Milán, Italia, donde Energy Vault ha construido una planta de demostración de aproximadamente una décima parte del tamaño de una instalación a escala completa. Todo el proceso —de la idea a una unidad funcional— llevó unos nueve meses y costó menos de 2 millones de dólares. Si este tipo de innovación de baja tecnología y bajo costo pudiera ayudar a resolver aunque solo fuera algunas partes del enorme problema del almacenamiento de energía, quizá la transición energética que necesita el mundo no resulte tan difícil después de todo.
Un plan concreto
La ciencia en que se basa la tecnología de Energy Vault es sencilla. Cuando levantas algo contra la gravedad, almacenas energía en ello. Si después lo dejas caer, puedes recuperar esa energía. Como el hormigón es mucho más denso que el agua, levantar un bloque de hormigón requiere —y, por tanto, puede almacenar— mucha más energía que un depósito de agua del mismo tamaño.
Bill Gross, empresario estadounidense de larga trayectoria, y Andrea Pedretti, prolífico inventor suizo, desarrollaron el sistema de Energy Vault que aplica esta ciencia. Así es como funciona: en el centro hay una grúa de 120 metros de altura (casi 400 pies) con seis brazos. Cuando el sistema está descargado, unos cilindros de hormigón de 35 toneladas métricas cada uno están apilados ordenadamente alrededor de la grúa, muy por debajo de sus brazos. Cuando hay un excedente de energía solar o eólica, un algoritmo informático dirige uno o varios brazos de la grúa para localizar un bloque de hormigón, con ayuda de una cámara acoplada al carro del brazo.
Una vez que el brazo de la grúa localiza y engancha un bloque de hormigón, se pone en marcha un motor alimentado por el excedente de electricidad de la red y levanta el bloque del suelo. El viento podría hacer que el bloque se moviera como un péndulo, pero el carro de la grúa está programado para contrarrestar ese movimiento. Así, puede levantar el bloque con suavidad y colocarlo encima de otra pila de bloques, a mayor altura sobre el suelo.
El sistema está «completamente cargado» cuando la grúa ha construido a su alrededor una torre de bloques de hormigón. La energía total que puede almacenarse en la torre es de 20 megavatios hora (MWh), suficiente para abastecer a 2.000 hogares suizos durante un día entero.
Cuando la red tiene poca energía, los motores vuelven a entrar en acción; pero ahora, en lugar de consumir electricidad, el motor funciona en sentido inverso impulsado por la energía gravitatoria y, por tanto, genera electricidad.
A lo grande
La innovación de la planta de Energy Vault no está en el hardware. Las grúas y los motores existen desde hace décadas, y empresas como ABB y Siemens los han optimizado para lograr la máxima eficiencia. La eficiencia de ciclo completo del sistema —la cantidad de energía recuperada por cada unidad de energía utilizada para levantar los bloques— es de alrededor del 85 %, comparable a la de las baterías de iones de litio, que ofrecen hasta un 90 %.
La tarea principal de Pedretti como director de tecnología ha sido encontrar la manera de diseñar software que automatice operaciones pertinentes según el contexto, como enganchar y desenganchar bloques de hormigón, y contrarreste los movimientos pendulares durante la elevación y el descenso de esos bloques.
Energy Vault mantiene bajos los costos porque utiliza hardware comercial estándar. Sorprendentemente, los bloques de hormigón podrían resultar ser la parte más cara de la torre de energía. El hormigón es mucho más barato que, por ejemplo, una batería de iones de litio, pero Energy Vault necesitaría mucho hormigón para construir cientos de bloques de 35 toneladas métricas.
Así que Pedretti encontró otra solución. Ha desarrollado una máquina que mezcla cemento con sustancias de las que las ciudades suelen pagar para deshacerse, como grava o residuos de construcción, y así crea bloques de hormigón de bajo costo. El ahorro se debe a que solo hace falta utilizar una sexta parte de la cantidad de cemento que se habría necesitado si el hormigón se destinara a la construcción.
El reto del almacenamiento
La planta de demostración que vi en Biasca es mucho más pequeña que la versión comercial prevista. Tiene una grúa de un solo brazo de 20 metros de altura que levanta bloques de 500 kg cada uno. Pero hace casi todo lo que haría su equivalente a escala completa, que la empresa está buscando vender activamente en este momento.
Robert Piconi ha pasado este verano visitando países de África y Asia. El director ejecutivo de Energy Vault está entusiasmado con encontrar clientes para sus plantas en esas regiones del mundo. La empresa emergente también tiene un equipo de ventas en Estados Unidos y ya ha recibido pedidos para construir sus primeras unidades comerciales a principios de 2019. La empresa no compartirá detalles de esos pedidos, pero las características únicas de su solución de almacenamiento de energía permiten hacer una conjetura bastante fundamentada sobre el aspecto de los proyectos.
Los expertos en almacenamiento de energía suelen clasificarlo en tres grupos, diferenciados por la cantidad de energía que se necesita almacenar y el costo de almacenarla.
En primer lugar, las tecnologías caras, como las baterías de iones de litio, pueden utilizarse para almacenar energía durante unas pocas horas, en un rango de decenas o cientos de MWh. Por ejemplo, se pueden cargar durante el día con paneles solares y descargarse cuando no hay sol. Pero las baterías de iones de litio para la red eléctrica actualmente cuestan entre 280 y 350 dólares por kWh.
Las tecnologías más baratas, como las baterías de flujo (que utilizan sustancias químicas líquidas de alta capacidad energética para almacenar energía), pueden utilizarse para guardar energía durante semanas, en un rango de cientos o miles de MWh. Esta segunda categoría de almacenamiento de energía podría utilizarse, por ejemplo, cuando hay una pausa en el suministro eólico durante una o dos semanas.
La tercera categoría aún no existe. En teoría, tecnologías ultrabaratas aún por inventar podrían almacenar energía durante meses, en un rango de decenas o cientos de miles de MWh, y utilizarse para hacer frente a la demanda entre estaciones. Por ejemplo, Mumbai alcanza su consumo máximo en verano, cuando los aires acondicionados funcionan a toda potencia, mientras que Londres registra el pico en invierno debido a la calefacción doméstica. Lo ideal sería almacenar durante meses la energía captada en una estación durante las temporadas de bajo consumo y utilizarla después en las temporadas de alto consumo.
David contra Goliat
Piconi calcula que, para cuando Energy Vault construya su décima planta de aproximadamente 35 MWh, podrá reducir los costos a unos 150 dólares por kWh. Eso significa que no podrá satisfacer las necesidades de la tercera categoría de almacenamiento de energía; para hacerlo, los costos tendrían que acercarse a los 10 dólares por kWh. En teoría, con su capacidad y precio actuales, podría competir en la segunda categoría si encontrara un cliente que quisiera que Energy Vault construyera decenas de plantas para una sola red. En la práctica, la mejor apuesta de Energy Vault es competir en la primera categoría.
Dicho esto, algunos expertos dijeron a Quartz que el costo de las baterías de iones de litio, la tecnología de baterías dominante en la actualidad, podría bajar a unos 100 dólares por kWh, lo que las haría más baratas que Energy Vault incluso para almacenar energía durante días o semanas. Además, como las baterías son compactas, pueden transportarse a grandes distancias. Por ejemplo, la mayoría de las baterías de iones de litio de los teléfonos inteligentes que se utilizan en todo el mundo se fabrican en Asia oriental. Los bloques de hormigón de Energy Vault tendrán que construirse en el lugar, y cada sistema de 35 MWh necesitaría un terreno circular de unos 100 metros (300 pies) de diámetro. Las baterías necesitan solo una fracción de ese espacio para almacenar la misma cantidad de energía.
Las baterías sí tienen algunas limitaciones. Por ejemplo, la vida útil máxima de las baterías de iones de litio es de unos 20 años. También pierden capacidad para almacenar energía con el paso del tiempo. Y todavía no existen métodos fiables para reciclar las baterías de iones de litio.
La planta de Energy Vault puede funcionar durante 30 años con poco mantenimiento y prácticamente sin pérdida de capacidad. Sus bloques de hormigón también utilizan materiales de desecho. Por eso, Piconi está convencido de que Energy Vault aún puede cubrir un nicho: lugares con abundante acceso a terrenos y materiales de construcción, y con interés en disponer de tecnologías de almacenamiento que duren décadas sin perder capacidad.
Mientras tanto, tenga éxito o no Energy Vault, ofrece argumentos sólidos a favor de que, aunque todos los demás busquen innovaciones de alta tecnología en baterías futuristas, puede haber un valor real en pensar cómo aplicar soluciones de baja tecnología a los problemas del siglo XXI. Energy Vault construyó una planta de prueba funcional en apenas nueve meses, con un gasto relativamente insignificante. Es una señal de que algunas respuestas a nuestros problemas de almacenamiento de energía quizá sigan ocultas a plena vista.
