Líquida o congelada: la revolución de la nueva electricidad renovable

Imaginen que la energía solar estuviera disponible siempre que se la necesitara, independientemente del clima o la hora del día. Esa energía podría utilizarse, aunque el cielo estuviera nublado, bloqueando la llegada de los rayos solares a la superficie terrestre, o fuera de noche, cuando la luz natural está ausente, dos situaciones que impiden que las placas fotovoltaicas reciban la radiación electromagnética necesaria para generar electricidad.

Un proyecto de investigación, dirigido por la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, logró avances significativos para hacer realidad este objetivo.

ELECTRICIDAD SOLAR BAJO DEMANDA

Los investigadores de Chalmers desarrollaron una tecnología que posibilita capturar la energía solar, almacenarla durante dieciocho años y liberarla en el momento y lugar en que sea necesaria, dando un paso más en el perfeccionamiento de un sistema previamente desarrollado y denominado MOST.

Tras haber demostrado cómo se puede extraer en forma de calor la energía solar almacenada, ahora consiguieron que el sistema MOST produzca electricidad, conectándolo a un generador termoeléctrico (generador que convierte calor en electricidad). “Es una forma radicalmente nueva de generar electricidad a partir de la energía solar, que puede utilizarse independientemente del clima, la hora del día, la estación o la ubicación geográfica, sin causar emisiones de dióxido de carbono”, señala Kasper Moth-Poulsen, director de la investigación y profesor del Departamento de Química e Ingeniería Química de Chalmers.

Este avance se basa en la tecnología MOST, un sistema de energía cerrado basado en una molécula de carbono, hidrógeno y nitrógeno especialmente diseñada, que cuando recibe la luz del sol cambia de forma transformándose en un isómero (molécula formada por los mismos átomos pero dispuestos de una manera diferente) rico en energía, señala. Este “isómero cargado de energía” se puede almacenar en forma líquida para su uso posterior cuando sea necesario, por ejemplo por la noche o en invierno, según explica Moth-Poulsen.

“Hemos refinado el sistema hasta el punto de que ahora es posible almacenar la energía hasta 18 años”, confirma.

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Los investigadores de Chalmers ya habían conseguido que la energía guardada en el MOST se liberara en forma de energía calorífica utilizable en un sistema de calefacción, al hacer que el isómero recupere su condición original, por medio de un dispositivo denominado catalizador. Ahora, lograron que el sistema MOST también genere electricidad bajo demanda al conectarlo a un generador termoeléctrico consistente en chip electrónico ultradelgado. Los científicos suecos enviaron el isómero a otros investigadores en China donde la energía se liberó y se convirtió en electricidad mediante el generador termoeléctrico, allí desarrollado.

“Básicamente, la luz solar sueca se envió al otro lado del mundo y se convirtió en electricidad en China”, según Moth-Poulsen. “Este generador, que podría integrarse en dispositivos electrónicos como auriculares, relojes inteligentes y teléfonos móviles, consiguió generar pequeñas cantidades de electricidad, pero el concepto funciona y estamos trabajando para aumentar la cantidad de calor y electricidad que genera”, añade el investigador Zhihang Wang, también de Chalmers.

BATERÍA DE “CONGELACIÓN Y DESCONGELACIÓN”

Por su parte, otro equipo de científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, creó una batería de sal fundida diseñada para la red eléctrica, capaz de almacenar energía durante meses sin perder apenas su capacidad de almacenamiento.

Esta batería denominada “de congelación-descongelación”, porque congela su energía para usarla más tarde, es un paso hacia una nueva generación de baterías que se podrán usar para el almacenamiento estacional, ahorrando energía durante una estación del año, como la primavera, y gastándola en otra, como el otoño, según el PNNL.

El prototipo es pequeño, del tamaño de un disco de hockey sobre hielo, pero la utilidad potencial de su tecnología es enorme, y presagia la llegada del momento en que la energía de fuentes intermitentes, como la luz solar y el viento, podrá almacenarse durante mucho tiempo superando las limitaciones actuales, aseguran.

La electricidad que generan las fuentes energéticas renovables fluctúan con los ciclos de la naturaleza y las condiciones climáticas, que pueden ser muy cambiantes. Dependen de la velocidad y fuerza de los vientos, que impulsan las aspas de los molinos eólicos, y de la intensidad y continuidad con que los rayos solares llegan a los paneles fotovoltaicos.

Con la tecnología actual, la energía que generan estos dos sistemas debe aprovecharse de inmediato, entregándola a la red eléctrica, o bien puede almacenarse en baterías, solo durante unos días, según el PNNL.

El sistema de almacenamiento desarrollado por este laboratorio estadounidense permitiría acumular en grandes batería la energía generada en primavera, y ponerla en invierno a disposición de los operadores de la red eléctrica.

“Es algo muy parecido a cultivar alimentos en nuestro jardín en la primavera, guardar el excedente en un recipiente en el congelador y luego descongelarlo para consumir esa comida en el invierno”, señala el primer autor del estudio, Minyuan “Miller” Li, investigador en Química Inorgánica, del PNNL.

La batería se carga primero calentándola a 180 grados centígrados, lo que permite que los iones (partículas cargadas eléctricamente) fluyan a través del electrolito (sustancia que se comporta como un conductor eléctrico) en estado líquido para crear lo que se denomina “energía química”.

Luego, la batería se enfría a temperatura ambiente, esencialmente bloqueando la energía que contiene. Entonces el electrolito se vuelve sólido y los iones que transportan energía permanecen casi inmóviles.

“Cuando se necesita la energía, la batería se vuelve a calentar y la energía fluye de nuevo”, señalan desde el PNNL. El fenómeno de “congelación y descongelación” es posible porque el electrolito de la batería es sal fundida, un “pariente molecular” de la sal común de mesa. Este material es líquido cuando se lo expone a temperaturas elevadas pero sólido a temperatura ambiente, explican.

Esta tecnología “evita un problema familiar para cualquier persona que haya dejado su automóvil sin usar durante demasiado tiempo e intenta arrancarlo sin éxito: la batería del coche se ha descargado, porque va perdiendo automáticamente su energía cuando está inactiva.

La batería “de congelación y descongelación” del PNNL conservó el 92 por ciento de su capacidad durante 12 semanas, lo que en palabras de sus creadores significa que la energía no se degrada mucho y “se conserva, como la comida en un congelador”.

Esta batería de gran tamaño, que podría instalarse en el remolque de un camión para su posterior traslado y podría cargarse y descargarse de electricidad una o dos veces al año, está fabricada con materiales poco costosos, comunes y abundantes en la Tierra, como sal, aluminio, níquel, azufre y fibra de vidrio simple, según el PNNL.