Ha sido desarrollada por jóvenes investigadores finlandeses
03 ago 2022
El gran desafío pendiente de las nuevas energías renovables es la intermitencia, es decir cuando no hay sol o viento suficiente. Ello impone balancear la red eléctrica con otras fuentes de energía para evitar que la escasa o demasiada potencia pudieran colapsar el sistema.
El pasado 6 de julio, Matt McGrath, corresponsal de Medio Ambiente BBC News, publicaba un interesante informe sobre una reciente innovación tecnológica que podría revolucionar las “energías verdes”. Se trata de una batería de arena desarrollada por dos jóvenes investigadores finlandeses Markku Ylönen (Universidad de Tampere) y Tommi Eronen (Universidad de Jyväskylä), emprendedores y cofundadores de Polar Night Energy.
Todo empezó de la manera más simple. Tomando un café se preguntaron ¿si era posible construir una comuna hippie rentable y con suficiente energía para ingenieros como ellos, que solo utilicen energía solar? A esa pregunta que ellos califican como tonta, terminaron por responderle que “sí, lo es. Incluso sin hippies”.
La pregunta se convirtió en la tesis de maestría de ambos sobre soluciones de almacenamiento de energía y en un doctorado en monitoreo de turbinas hidráulicas: “Adoptamos la energía renovable proporcionando almacenamiento de calor estable y asequible para aplicaciones industriales y de calefacción urbana”.
El primer almacenamiento de calor comercial ya está conectado a la red de calefacción urbana de Vatajankoski en Kankaanpää (Finlandia). Y la planta piloto de Polar Night Energy (PNE) está conectada a la red de calefacción urbana de la ciudad de Tampere (Finlandia). Su “batería de arena” está completamente operativa y puede almacenar energía verde durante meses.
La solución encontrada por los innovadores Markku y Tommi puede proporcionar energía limpia, asequible y estable a una ciudad como Nueva York. Señalan que la nueva batería podría resolver uno de los grandes problemas de las energías renovables: asegurar el suministro continuo durante todo el año.
El dispositivo utiliza arena de bajo grado que es calentada con electricidad barata producida con energía solar o eólica. La novedosa solución alcanzada permite ampliar la energía solar o eólica hasta el 100% de su demanda de calefacción y electricidad. El núcleo de su descubrimiento es su almacenamiento de calor a gran escala de alta temperatura que ellos han patentado.
Arena muy, muy caliente
Así definen su invento: “Convertimos la electricidad en calor y la almacenamos para su uso posterior. Utilizamos arena como medio de almacenamiento, lo que conduce a una operación segura y un equilibrio natural en el ciclo de almacenamiento. Además, la arena es un material barato y abundante, que se puede calentar hasta 1000 °C e incluso más”.
Dentro de la arena construyen un sistema de transferencia de calor que permite el transporte efectivo de energía hacia y desde el almacenamiento. El aislamiento adecuado entre el almacenamiento y el entorno garantiza un período de almacenamiento prolongado, de hasta meses, con pérdidas mínimas de calor.
El tamaño de los almacenes o depósitos de almacenamiento son variables entre decenas y miles de m3. Y ubicables incluso bajo tierra, ahorrando metros cuadrados a menudo muy valorados en las obras de construcción.
Energía con mínimas emisiones
En un mundo que se debate entre necesidades energéticas enormes y fuentes de energía altamente contaminantes, la innovación de estos científicos finlandeses asoma como el descubrimiento del “maná del cielo”. Como buena parte de Europa, Finlandia importa de Rusia la mayor parte del gas que consume. El país tiene la frontera más extensa con Rusia de todas las naciones europeas.
Las derivaciones de la guerra en Ucrania intensificó el interés en encontrar alternativas viables, sobre todo a partir de que Moscú como respuesta a las sanciones de la UE, suspendiera el suministro de gas y electricidad a Finlandia por considerar su pedido de ingreso a la OTAN, como un acto hostil.
“Las emisiones de CO 2 de nuestro almacenamiento de calor son emisiones integradas de los materiales de construcción y de la fase de construcción. Como estas emisiones integradas del almacenamiento de calor del PNE son menores, las emisiones de calor producido provienen principalmente de la fuente de electricidad. Se puede decir que el calor extraído de nuestro almacenamiento es tan limpio como la electricidad alimentada al almacenamiento”.
La arena almacena calor a unos 500°C, que puede utilizarse luego para calentar hogares en invierno cuando la energía es más cara. Desde Polar Night Energy destacan que sus acumuladores de calor a base de arena no son solo una idea sino que ya están disponibles para su compra: “Diseñamos y construimos nuestro primer almacenamiento de calor comercial a base de arena para Vatajankoski, una empresa de energía con sede en el oeste de Finlandia. Proporcionará calor para la red de calefacción urbana de Vatajankoski en Kankaanpää (Finlandia). El acumulador tiene una potencia calorífica de 100 kW y una capacidad de 8 MWh. La utilización a gran escala del almacenamiento comenzará durante este mismo año”.
Mantienen además una planta piloto de 3 MWh en funcionamiento en Hiedanranta (Tampere) que está conectada a una red local de calefacción urbana y proporciona calor a un par de edificios. Esa planta de prueba permite probar, validar y optimizar la solución de almacenamiento de calor.
Lo logrado hasta ahora aporta resultados “mágicos” de almacenamiento de energía: hasta 600–1000°C de temperatura; potencia nominal hasta 100 MW; capacidad hasta 20 GWh, con una eficiencia de hasta 99%; un ciclo de almacenamiento de meses y una vida útil de decenas de años; el coste de inversión es de <10 eur/kWh de capacidad de almacenamiento; no utiliza materiales venenosos o peligrosos por lo que no tiene problemas de seguridad; sus emisiones son escasas y sus costes de funcionamiento mínimos, sin consumibles y totalmente automatizados.
El hallazgo finlandés podría solucionar el gran desafío pendiente de las nuevas energías renovables que es la intermitencia, es decir cuando no hay sol o suficiente viento. Ello impone balancear la red eléctrica, otras fuentes de energía para evitar que la escasa o demasiada potencia pudieran colapsar el sistema.
Hasta ahora la respuesta eran baterías de almacenamiento a gran escala que permitan equilibrar las demandas de energía mientras la red se torna más verde y eficiente. Las existentes de litio son caras, ocupan mucho espacio y solo resuelven una cantidad limitada de exceso de energía.
Pero los jóvenes ingenieros finlandeses de PNE creen que su innovación puede resolver el problema del almacenamiento de una manera económica y de bajo impacto: “Siempre que hay un gran aumento de electricidad verde disponible, se necesita poder almacenarla muy rápido”.
El proceso es simple: la electricidad de bajo costo (renovable) calienta la arena hasta 500°C mediante calentamiento resistivo (el mismo proceso que hace que los fuegos eléctricos funcionen). Esto genera aire caliente que circula en la arena por medio de un intercambiador de calor. La arena es un medio muy efectivo para almacenar calor y mantiene ese calor bastante tiempo. Los desarrolladores creen que su dispositivo podría mantener la arena a 500°C durante varios meses. Y luego se distribuye al sistema de calefacción urbana de la ciudad.
Pero almacenar energía verde como calor a largo plazo es una gran oportunidad para la industria, donde la mayor parte del calor de proceso que se usa en alimentos y bebidas, textiles o productos farmacéuticos proviene de la quema de combustibles fósiles.
Queda ahora por delante el desafío de saber si esta tecnología es escalable para grandes ciudades. Los finlandeses son optimistas. Las experiencias en funcionamiento están operando por encima de us expectativas y creen que la arena será una forma viable de batería para la energía verde del futuro.