Así es el invento español que puede acabar con la dependencia de los combustibles fósiles

Desarrollan unas baterías térmicas fotovoltaicas que almacenan grandes cantidades de electricidad renovable

La ciencia lleva años reclamando Abandonar los combustibles fósiles y ahorrar energías renovables para hacer frente a la crisis climática que provocó la supervivencia del planeta. Con los precios de la electricidad más altos de la historia, todos los ojos están puestos, ahora más que nunca, en energías como la solar y la eólica.

Pero hay un problema tecnológico: no existe un sistema capaz de almacenar y producir esta energía bajo demanda de forma económica. Un grupo de investigadores españoles parece hacer dado con la solución al descubrir un sistema de baterías fotovoltaicas con un enorme potencial de almacenamiento durante largos períodos de tiempo a bajo coste y de proporcionar calor y electricidad bajo demanda.

El hallazgo es obra de investigadores del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM). Descripción en un artículo titulado ‘Baterías termofotovoltaicas de calor latente y publicado en la revista científica ‘Joule’, el sistema utiliza el exceso de generación de energías renovables intermitentes, como la solar o la electricidad, para financiar metal baratoscomo la sílice o las aleaciones de ferrosilicio, a temperaturas superiores a 1.000ºC.

Las aleaciones de silicio pueden almacenar grandes cantidades de energía durante su proceso de fusión. Este tipo de energia se llama «calorías latentes«.

Por ejemplo, un litro de sílice contiene más de un kWh de energía en forma de calor latente, que es precisamente la cantidad de energía que contiene un litro de hidrógeno presurizado a 500 bar. sin embargo, a diferencia del hidrógeno, el silicio se puede almacenar a presión atmosféricalo que hace que el sistema sea potencialmente más económico y seguro.

Instalaciones fotovoltaicas en miniatura

El sistema, que ya ha sido patentado por los investigadores de la UPM, combina los efectos termiónico y fotovoltaico para lograr la conversión directa de energía en electricidad.

A diferencia de las máquinas térmicas convencionales, este sistema no requiere contacto físico con la fuga térmicase basa en la emisión directa de electrones (efecto termiónico) y de fotones (efecto termofotovoltaico).

Una clave del sistema se refiere a la forma en que el calor almacenado se convierte en electricidad. Cuando el silicio funde a más de 1.000ºC brillaba como el suelo. Por tanto, es posible convertir el calor irradiado en electricidad utilizando células fotovoltaicas..

Los llamados generadores termofotovoltaicos son como sistemas fotovoltaicos en miniatura eso puede producir hasta 100 veces más potencia que una planta de energía solar convencional. En otras palabras: si un metro cuadrado de panel solar produce 200 W, un metro cuadrado de panel termofotovoltaico produce 20 kW. Y no solo la potencia es mayor; la eficiencia también.

Porque la eficiencia de las celdas fotovoltaicas térmicas oscila entre el 30 y el 40% dependiendo de la temperatura de la fuente de calor, aun cuando los paneles solares fotovoltaicos comerciales tienen eficiencias de entre el 15% y el 20%. La mitad.

El uso de generadores termofotovoltaicos, en lugar de motores térmicos convencionales (como los ciclos Stirling, Brayton o Rankine), evitar el uso de partes móviles, fluidos o intercambiadores de calor complejos. De esta forma, todo el sistema puede hacerse economico, compacto y silencioso. Todo son ventajas.

Cien veces mas barato que las baterias de litio

Segun el estudio, las baterías térmicas fotovoltaicas de calor latente podrían almacenar grandes cantidades de excedentes de electricidad renovable. «Gran parte de esta electricidad se producirá cuando no haya demanda, por lo que se venderá muy barato en el mercado eléctrico”, señala Alejandro Datas, investigador del IES-UPM responsable del proyecto.

“Es fundamental almacenar esta electricidad en un sistema muy barato, ya que no tiene sentido almacenar algo tan barato en una caja muy cara. En consecuencia, almacenes electricidad exceso en forma de calor tiene mucho sentido, ya que es una de las formas más baratas de almacenes energía”, continúa el investigador.

En particular, las aleaciones de silicio y ferrosilicio pueden almacenar energía tiene un coste de menos de 4 euros por kWh, lo que es 100 veces más barato que las baterías actuales estacionarias de iones de litio.

Es cierto que el coste total será mayor tras incorporar el contenido y el aislamiento térmico, pero también, como detalla el estudio, que sería posible alcanzar «costes en torno a los 10 euros por kWh si el sistema es lo suficientemente grandetípicamente más de 10 MWh, existe el costo del aislamiento térmico sería una pequeña fracción del costo total del sistema”.

El hecho de que solo una fracción de l’alor almacenada con estas baterías de calor latente se convertirá nuevamente en electricidad ne cesariamente une problema. «Si el sistema es lo suficientemente barato, bastaría con recuperar solo el 30 o el 40% de la energía en forma de electricidad para que sean preferibles a otras tecnologías más carascomo las baterías de iones de litio”, apuntan los investigadores.

El primer prototipo, listo

El 60 o 70% del calori que no se convierte en electricidad, además, podría entregarse directamente a edificios, fábricas o ciudades, lo que reduciría el consumo de gas natural.

Calor representa más del 50% de la demanda mundial de energía y el 40% de las emisiones globales de CO2. De este modo, el almacenamiento de energía eólica o fotovoltaica en baterías térmicas de calor latente no solo permitirá un coste atroz sustancial, sino que también satisfaría parte de esta gran demanda de calor a través de fuentes renovables.

En consecuencia, «desarrollar este tipo de sistemas puede ser clave para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósilesno solo en el sector eléctrico, sino también en el térmico”, concluye Datas.

El primer prototipo una escala de laboratorio del sistema que ha sido fabricada en el marco de un proyecto europeo (Amadeo) está disponible en el IES-UPM, y en el estudio se han publicado los primeros resultados experimentales.

Esta es la culminación de más de 10 años de investigación en el IES-UPM. sin embargo, la tecnología todavía necesita mucha inversión antes de que pueda llegar al mercado, apunta la universidad madrileña. Por ejemplo, el prototipo de laboratorio actual tiene menos de 1 kWh de capacidad de generación de energía, pero es necesaria una capacidad de generación de energía de más de 10 MWh porque esta es una tecnología marina encomiable.

El desafío es escalar la tecnología y probar su próxima viabilidad a gran escala. Para ello, los investigadores del IES-UPM ya están formando el equipo que lo hará posible.

Informacion de referencia:

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Contacto de la sección de Medio Ambiente: Crisisclimatica@prensaiberica.es