En las últimas décadas, el coste de la generación de energía eólica y solar se ha reducido drásticamente. Esta es una de las razones por las que el Departamento de Energía de EE.UU. prevé que las energías renovables serán la fuente de energía de mayor crecimiento en EE.UU. hasta 2050.
Sin embargo, continúa siendo relativamente caro almacenar energía. Y como la generación de energía renovable no está disponible todo el tiempo —sucede cuando sopla el viento o brilla el sol—, el almacenamiento es esencial.
De acuerdo con Fast Company, en un informe reciente los investigadores del NREL estimaron que existe el potencial de aumentar la capacidad de almacenamiento de energía renovable en Estados Unidos hasta en un 3,000% para 2050. He aquí tres tecnologías emergentes que podrían contribuir a ello.
Tecnologías contra el cambio climático
1. Cargas más largas
Desde las pilas alcalinas para pequeños aparatos electrónicos hasta las pilas de iones de litio para coches y ordenadores portátiles, la mayoría de la gente ya utiliza pilas en muchos aspectos de su vida cotidiana. Pero todavía hay mucho margen de crecimiento.
Por ejemplo, las baterías de alta capacidad con largos tiempos de descarga —hasta 10 horas— podrían ser valiosas para almacenar energía solar por la noche o aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos.
Ahora mismo hay muy pocas baterías de este tipo en uso, sin embargo, según proyecciones recientes, es probable que se instalen más de 100 gigavatios de estas baterías para 2050. A modo de comparación, eso es 50 veces la capacidad de generación de la presa Hoover. Esto podría tener un gran impacto en la viabilidad de las energías renovables.
Uno de los mayores obstáculos es el suministro limitado 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 todas las de cobalto se agotarán en 2050.
Además, casi el 70% del cobalto del mundo se extrae en el Congo, en condiciones que desde hace tiempo se han documentado como inhumanas.
Los científicos trabajan en el desarrollo de técnicas de reciclaje de baterías de litio y cobalto, así como en el diseño de baterías basadas en otros materiales. Tesla tiene previsto producir baterías sin cobalto en los próximos años. Otros pretenden sustituir el litio por el sodio, que tiene propiedades muy similares a las del litio pero es mucho más abundante.
2. Baterías más seguras
Otra de las tecnologías contra el cambio climático y prioridad es hacer que las baterías sean más seguras. Un área de mejora son los electrolitos, el medio, a menudo líquido, que permite que la carga eléctrica fluya desde el ánodo de la batería, o terminal negativo, hasta el cátodo, o terminal positivo.
Cuando una pila está en uso, las partículas cargadas del electrolito se mueven para equilibrar la carga de la electricidad que sale de la pila. Los electrolitos suelen contener materiales inflamables. Si tienen fugas, 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 por los sólidos que por los líquidos, pero los alentadores resultados a escala de laboratorio sugieren que estas baterías podrían estar listas para su uso en vehículos eléctricos en los próximos años, con fechas previstas para su comercialización a partir de 2026.
Mientras que las baterías de estado sólido serían adecuadas para la electrónica de consumo y los vehículos eléctricos, para el almacenamiento de energía a gran escala, los científicos están buscando diseños totalmente líquidos llamados baterías de flujo.
En estos dispositivos, tanto el electrolito como los electrodos son líquidos. Esto permite una carga super rápida y facilita la fabricación de baterías realmente grandes. Actualmente estos sistemas son muy caros, pero la investigación sigue bajando el precio.
3. Almacenar la luz solar en forma de calor
Otras de las tecnologías contra el cambio climático y soluciones de almacenamiento de energía renovable cuestan menos que las baterías en algunos casos. Por ejemplo, las plantas de energía solar concentrada utilizan espejos para concentrar la luz solar, que calienta cientos o miles de toneladas de sal hasta que se derrite.
Esta sal fundida se utiliza entonces para accionar un generador eléctrico, del mismo modo que el carbón o la energía nuclear se utilizan para calentar el 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 concentrada funcione las 24 horas del día.
Esta idea podría adaptarse a las tecnologías de generación de energía no solar. Por ejemplo, la electricidad producida con energía eólica podría utilizarse para calentar sal y utilizarla más tarde cuando no haya viento.
La energía solar de concentración sigue siendo relativamente cara. Para competir con otras formas de generación y almacenamiento de energía, tiene que ser más eficiente. Una forma de conseguirlo es aumentar la temperatura a la que se calienta la sal, lo que permite una producción de electricidad más eficiente.
Por desgracia, las sales que se utilizan actualmente no son estables a altas temperaturas. Los investigadores están trabajando para desarrollar nuevas sales u otros materiales que puedan soportar temperaturas de hasta 1,300 grados Fahrenheit (705 grados Celsius).
Una de las principales ideas para alcanzar una temperatura más alta consiste en calentar arena en lugar de sal, que puede soportar la temperatura más alta. La arena se trasladaría entonces con cintas transportadoras desde el punto de calentamiento hasta su almacenamiento. El Departamento de Energía anunció recientemente la financiación de una planta piloto de energía solar concentrada basada en este concepto.
Combustibles renovables avanzados
Las baterías son útiles para el almacenamiento de energía a corto plazo, y las plantas de energía solar concentrada podrían ayudar a estabilizar la red eléctrica. Sin embargo, las empresas de servicios públicos también necesitan almacenar mucha energía por tiempo indefinido. Este es un papel para los combustibles renovables como el hidrógeno y el amoníaco.
Las compañías eléctricas podrían almacenar energía en estos combustibles produciéndolos con el excedente de energía, cuando las turbinas eólicas y los paneles solares generen más electricidad de la que necesitan los clientes de las compañías.
El hidrógeno y el amoníaco contienen más energía por libra que las baterías, por lo que funcionan donde éstas no lo hacen. Por ejemplo, podrían utilizarse para el transporte de cargas pesadas y el funcionamiento de equipos pesados, y como combustible para cohetes.
En la actualidad, estos combustibles se fabrican principalmente a partir de gas natural u otros combustibles fósiles no renovables mediante reacciones extremadamente ineficientes. Aunque lo consideramos un combustible ecológico, la mayor parte del hidrógeno actual se fabrica a partir del gas natural.
Los científicos están buscando formas de producir hidrógeno y otros combustibles utilizando electricidad renovable. Por ejemplo, es posible fabricar combustible de hidrógeno dividiendo las moléculas de agua con electricidad. El reto principal es optimizar el proceso para que sea eficiente y económico. La recompensa potencial es enorme: energía inagotable y completamente renovable.
¿Qué te parecen estas tecnologías contra el cambio climático?
