El Departamento de Energía de EE. UU. ha previsto que la energía renovable será la fuente de energía de EE. UU. de mayor crecimiento hasta 2050.
Si bien el costo de generar energía renovable ha disminuido en las últimas décadas, almacenar energía sigue siendo relativamente caro, lo cual es importante, ya que las fuentes renovables suelen depender de las condiciones meteorológicas.
Un investigador del Laboratorio Nacional de Energía Renovable ha esbozado 3 tecnologías emergentes que podrían aumentar la capacidad de almacenamiento de energía renovable de Estados Unidos hasta un 3.000 % para 2050.
En las últimas décadas, el costo de la generación de energía eólica y solar ha caído drásticamente. Esta es una de las razones por las que el Departamento de Energía de EE. UU. prevé que la energía renovable será la fuente de energía de EE. UU. de mayor crecimiento hasta 2050.
Sin embargo, almacenar energía sigue siendo relativamente caro. Y como la generación de energía renovable no está disponible en todo momento –se produce cuando sopla el viento o brilla el sol–, el almacenamiento es esencial.
Como investigador del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, trabajo con el gobierno federal y la industria privada para desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía renovable. En un informe reciente, investigadores del NREL estimaron que existe el potencial para aumentar la capacidad de almacenamiento de energía renovable de EE. UU. en hasta un 3.000 por ciento para 2050.
Aquí presentamos tres tecnologías emergentes que podrían contribuir a que esto sea posible.
Cargas más duraderas
Desde las pilas alcalinas para pequeños dispositivos electrónicos hasta las baterías de iones de litio para automóviles y portátiles, la mayoría de las personas ya utiliza baterías en muchos aspectos de su vida diaria. Pero aún queda mucho margen de crecimiento.
Por ejemplo, las baterías de alta capacidad con tiempos de descarga prolongados (de hasta 10 horas) podrían ser valiosas para almacenar energía solar por la noche o para aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos. Actualmente, se utilizan muy pocas baterías de este tipo. Sin embargo, según proyecciones recientes, es probable que para 2050 se instalen más de 100 gigavatios de estas baterías. A modo de comparación, eso equivale a 50 veces la capacidad de generación de la presa Hoover. Esto podría tener un gran impacto en la viabilidad de la energía renovable.
Uno de los mayores obstáculos es la limitada oferta de litio y cobalto, que actualmente son esenciales para fabricar baterías ligeras y potentes. Según algunas estimaciones, alrededor del 10 % de las reservas mundiales de litio y casi la totalidad de las de cobalto se agotarán para 2050.
Además, casi el 70 % del cobalto mundial se extrae en el Congo, en condiciones que desde hace tiempo se han documentado como inhumanas.
Los científicos trabajan para desarrollar técnicas de reciclaje de baterías de litio y cobalto, y para diseñar baterías basadas en otros materiales. Tesla planea producir baterías sin cobalto en los próximos años. Otros buscan sustituir el litio por sodio, que tiene propiedades muy similares a las del litio pero es mucho más abundante. Esto podría impulsar de forma notable las tecnologías de almacenamiento de energía renovable.
Baterías más seguras
Otra prioridad es hacer las baterías más seguras. Un área de mejora son los electrolitos: el medio, a menudo líquido, que permite que una carga eléctrica fluya desde el ánodo, o terminal negativo, de la batería hasta el cátodo, o terminal positivo.
Cuando una batería está en uso, las partículas cargadas del electrolito se desplazan para equilibrar la carga de la electricidad que sale de la batería. Los electrolitos suelen contener materiales inflamables. Si se filtran, la batería puede sobrecalentarse e incendiarse o fundirse.
Los científicos están desarrollando electrolitos sólidos, que harían las baterías más robustas. Es mucho más difícil que las partículas se desplacen a través de sólidos que de líquidos, pero los resultados alentadores a escala de laboratorio sugieren que estas baterías podrían estar listas para su uso en vehículos eléctricos en los próximos años, con fechas objetivo para la comercialización a partir de 2026.
Si bien las baterías de estado sólido serían muy adecuadas para la electrónica de consumo y los vehículos eléctricos, para el almacenamiento de energía a gran escala, los científicos están investigando diseños totalmente líquidos llamados baterías de flujo.
En estos dispositivos, tanto el electrolito como los electrodos son líquidos. Esto permite una carga súper rápida y facilita la fabricación de baterías de gran tamaño. Actualmente, estos sistemas son muy caros, pero la investigación sigue reduciendo el precio.
Alternativas a las baterías para el almacenamiento de energía renovable
Otras soluciones de almacenamiento de energía renovable cuestan menos que las baterías en algunos casos. Por ejemplo, las centrales termosolares de concentración utilizan espejos para concentrar la luz solar, que calientan cientos o miles de toneladas de sal hasta que se funde. Esta sal fundida se utiliza luego para accionar un generador eléctrico, de forma similar a como el carbón o la energía nuclear se usan para calentar vapor y accionar un generador en las centrales tradicionales.
Estos materiales calentados también pueden almacenarse para producir electricidad cuando está nublado o incluso por la noche. Este enfoque permite que la energía solar de concentración funcione las 24 horas.
Esta idea podría adaptarse para su uso con tecnologías de generación de energía no solar. Por ejemplo, la electricidad generada con energía eólica podría utilizarse para calentar sal y emplearla más adelante, cuando no haya viento.
La energía solar de concentración sigue siendo relativamente cara. Para competir con otras formas de generación y almacenamiento de energía, debe volverse más eficiente. Una forma de lograrlo es aumentar la temperatura a la que se calienta la sal, lo que permitiría una producción de electricidad más eficiente. Por desgracia, las sales que se utilizan actualmente no son estables a altas temperaturas. Los investigadores trabajan para desarrollar nuevas sales u otros materiales que puedan soportar temperaturas de hasta 1.300 grados Fahrenheit (705 °C).
Una de las principales ideas para alcanzar temperaturas más altas consiste en calentar arena en lugar de sal, ya que la arena puede soportar la temperatura más elevada. La arena se trasladaría entonces mediante cintas transportadoras desde el punto de calentamiento hasta el almacenamiento. El Departamento de Energía anunció recientemente la financiación de una planta piloto de energía solar de concentración basada en este concepto.
Combustibles renovables avanzados
Las baterías son útiles para el almacenamiento de energía renovable a corto plazo, y las centrales de energía solar de concentración podrían ayudar a estabilizar la red eléctrica. Sin embargo, las empresas de servicios públicos también necesitan almacenar grandes cantidades de energía durante periodos indefinidos. Este es un papel para combustibles renovables como el hidrógeno y el amoníaco. Las empresas de servicios públicos almacenarían energía en estos combustibles produciéndolos con el excedente de electricidad, cuando los aerogeneradores y los paneles solares generen más electricidad de la que necesitan sus clientes.
El hidrógeno y el amoníaco contienen más energía por libra que las baterías, por lo que funcionan donde las baterías no lo hacen. Por ejemplo, podrían utilizarse para el transporte de cargas pesadas y el funcionamiento de maquinaria pesada, y para combustible de cohetes.
Actualmente, estos combustibles se producen principalmente a partir de gas natural u otros combustibles fósiles no renovables, mediante reacciones sumamente ineficientes. Aunque lo consideramos un combustible verde, la mayor parte del hidrógeno gaseoso que se produce hoy procede del gas natural.
Los científicos buscan formas de producir hidrógeno y otros combustibles utilizando electricidad renovable. Por ejemplo, es posible producir combustible de hidrógeno dividiendo las moléculas de agua mediante electricidad. El gran desafío es optimizar el proceso para hacerlo eficiente y económico. La recompensa potencial es enorme: una energía inagotable y totalmente renovable.
