3 importantes tecnologías de almacenamiento de energía renovable

Kerry Rippy es investigador en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables. Esta historia apareció originalmente en La conversación.

En las últimas décadas el costo de viento y solar la generación de energía se ha reducido drásticamente. Esta es una de las razones por las que el Departamento de Energía de EE. UU. Proyecta que la energía renovable será la fuente de energía estadounidense de más rápido crecimiento hasta 2050.

Sin embargo, todavía es relativamente caro almacenar energía. Y desde la generación de energía renovable no está disponible todo el tiempo – ocurre cuando sopla el viento o brilla el sol – el almacenamiento es fundamental.

Como un investigador del Laboratorio Nacional de Energías Renovables, Trabajo con el gobierno federal y la industria privada para desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía renovable. En una reciente reporte, los investigadores de NREL estimaron que existe el potencial de aumentar la capacidad de almacenamiento de energía renovable de EE. UU. hasta un 3.000 por ciento para 2050.

Aquí hay tres tecnologías emergentes que podrían ayudar a que esto suceda.

Cargos más largos

Desde baterías alcalinas para pequeños dispositivos electrónicos hasta baterías de iones de litio para automóviles y computadoras portátiles, la mayoría de las personas ya usan baterías en muchos aspectos de su vida diaria. Pero todavía hay mucho espacio para crecer.

Por ejemplo, las baterías de alta capacidad con tiempos de descarga prolongados (hasta 10 horas) podrían ser valiosas para almacenar energía solar por la noche o aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos. En este momento hay muy pocas baterías de este tipo en uso. Sin embargo, de acuerdo con proyecciones recientes, más de 100 gigavatios de estas baterías probablemente se instalarán en 2050. A modo de comparación, eso es 50 veces la capacidad de generación de la presa Hoover. Esto podría tener un impacto importante en la viabilidad de las energías renovables. Las baterías funcionan creando una reacción química que produce un flujo de corriente eléctrica.

Uno de los mayores obstáculos son los suministros limitados de litio y cobalto, que actualmente son esenciales para fabricar baterías ligeras y potentes. De acuerdo a algunas estimaciones, alrededor del 10 por ciento del litio del mundo y casi todas las reservas de cobalto del mundo se agotarán para 2050.

Además, casi el 70 por ciento del cobalto del mundo se extrae en el Congo, en condiciones que durante mucho tiempo se han documentado como inhumano

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Los científicos están trabajando para desarrollar técnicas para reciclaje de baterías de litio y cobalto y diseñar baterías basadas en otros materiales. Tesla planea producir sin cobalto baterías en los próximos años. Otros apuntan a reemplace el litio con sodio, que tiene propiedades muy similares a las del litio pero es mucho más abundante.

Baterías más seguras

Otra prioridad es hacer que las baterías sean más seguras. Un área de mejora son los electrolitos: el medio, a menudo líquido, que permite que fluya una carga eléctrica desde el ánodo o terminal negativo de la batería hasta el cátodo o terminal positivo.

Cuando se utiliza una batería, las partículas cargadas del electrolito se mueven para equilibrar la carga de la electricidad que sale de la batería. Los electrolitos a menudo contienen materiales inflamables. Si tienen fugas, la batería puede sobrecalentarse y prenderse fuego o derretirse.

Los científicos están desarrollando electrolitos sólidos, que harían las baterías más robustas. Es mucho más difícil para las partículas moverse a través de sólidos que a través de líquidos, pero alentando los resultados 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 comercialización ya en 2026.

Si bien 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 súper rápida y facilita la fabricación de baterías realmente grandes. Actualmente, estos sistemas son muy costosos, pero la investigación continúa bajar el precio

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Almacenar la luz del sol como calor

Otras soluciones de almacenamiento de energía renovable cuestan menos que las baterías en algunos casos. Por ejemplo, plantas de energía solar concentrada usar espejos para concentrar la luz del sol, que calienta cientos o miles de toneladas de sal hasta que se derrita. Esta sal fundida se utiliza para impulsar un generador eléctrico, de la misma forma que el carbón o la energía nuclear se utilizan para calentar vapor y accionar un generador en las plantas tradicionales.

Estos materiales calentados también se pueden almacenar para producir electricidad cuando está nublado o incluso de noche. Este enfoque permite que la energía solar concentrada funcione las 24 horas del día.

Esta idea podría adaptarse para su uso con tecnologías de generación de energía no solar. Por ejemplo, la electricidad producida con energía eólica podría usarse para calentar sal y usarla más tarde cuando no haya viento.

La concentración de energía solar 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 permite una producción de electricidad más eficiente. Desafortunadamente, las sales actualmente en uso 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 C).

Una idea importante sobre cómo alcanzar una temperatura más alta implica calentar arena en lugar de sal, que puede soportar la temperatura más alta. Luego, la arena se movería con cintas transportadoras desde el punto de calentamiento hasta el almacenamiento. El Departamento de Energía anunció recientemente la financiación de un planta piloto de energía solar concentrada basado 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 durante períodos de tiempo indefinidos. Este es un papel para los combustibles renovables como hidrógeno y amoníaco. Las empresas de servicios públicos almacenarían energía en estos combustibles al producirlos con energía excedente, cuando las turbinas eólicas y los paneles solares generan más electricidad de la que necesitan los clientes de las empresas de servicios públicos.

El hidrógeno y el amoníaco contienen más energía por libra que las baterías, por lo que funcionan donde las baterías no. Por ejemplo, podrían usarse para el envío de cargas pesadas y el funcionamiento de equipos pesados, y para combustible para cohetes.

Hoy en día, estos combustibles se fabrican principalmente a partir de gas natural u otros combustibles no renovables. combustibles fósiles a través de reacciones extremadamente ineficaces. Si bien lo consideramos un combustible ecológico, la mayor parte del gas hidrógeno en la actualidad está hecho de gas natural.

Los científicos están buscando formas de producir hidrógeno y otros combustibles utilizando electricidad renovable. Por ejemplo, es posible producir hidrógeno como combustible mediante dividiendo moléculas de agua usando electricidad. El desafío clave es optimizar el proceso para hacerlo eficiente y económico. La recompensa potencial es enorme: energía inagotable y completamente renovable.

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