Almacenar energía en materiales abundantes en la naturaleza

Un equipo de investigadores del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) están desarrollando un novedoso sistema que permite almacenar energía en silicio fundido, el elemento más abundante de la corteza terrestre. De momento ya han publicado los detalles del sistema en la revista Energy, además de encontrarse en proceso de patente en Estados Unidos.

El sistema está destinado a una nueva generación de centrales termosolares de bajo coste y dispositivos de almacenamiento de electricidad y cogeneración

Según sus creadores, este sistema está destinado a originar una nueva generación de centrales termosolares de bajo coste, así como novedosos dispositivos de almacenamiento de electricidad y cogeneración para núcleos urbanos.

El imparable progreso de las energías renovables, en particular de las energías eólica y fotovoltaica, ha creado un nuevo reto en el sector energético a escala mundial: el almacenamiento de este tipo de energía dispersa e intermitente. En los últimos años se han desarrollado un gran número de dispositivos para este fin. Algunos han alcanzado ya una fase avanzada de demostración e incluso de comercialización, como el almacenamiento conectado en red mediante baterías de litio o de sodio-sulfuro. Este es el caso también de la energía termosolar, en dónde se almacena directamente la energía del sol en forma de calor en sales fundidas, para luego producir electricidad bajo demanda mediante un generador térmico.

Sin embargo, no deja de haber problemas con las soluciones existentes: desde un coste excesivo hasta problemas de seguridad, pasando por posibles problemas de escasez de recursos materiales en el futuro. Por ello, centros de investigación y empresas de todo el mundo están buscando soluciones alternativas que utilicen materiales abundantes, de bajo coste y que carezcan de grandes riesgos para la seguridad de las personas.

Ahora, los investigadores del Instituto de Energía Solar han diseñado el nuevo sistema de almacenamiento de energía en el cual la energía de entrada, bien sea directamente energía solar o la electricidad excedente de una central de generación renovable, se almacena en forma de calor en silicio fundido a muy altas temperaturas, a unos 1.400ºC.

Las propiedades únicas del silicio

El silicio tiene unas propiedades únicas que le confieren la capacidad de almacenar más de 1 MWh de energía en un metro cúbico, es decir, unas diez veces más que con las sales empleadas actualmente en las centrales termosolares. El silicio se mantiene fundido aislándolo térmicamente del entorno hasta que dicha energía es demandada, en cuyo momento se produce la transformación del calor almacenado en electricidad.

Y aquí viene el ‘truco’, como señala Alejandro Datas, investigador promotor de este proyecto: “A estas temperaturas tan altas, el silicio brilla intensamente, del mismo modo que lo hace el sol, y por tanto pueden emplearse células fotovoltaicas -que en este caso se denominan termofotovoltaicas- para convertir dicha radiación incandescente en electricidad. El uso de células termofotovoltaicas es la clave de este sistema, ya que cualquier otro tipo de generador difícilmente podría trabajar a temperaturas tan extremas. Además, este tipo de células producen del orden de 100 veces más potencia eléctrica por unidad de área que una célula solar convencional y son capaces de alcanzar mayores eficiencias de conversión, teóricamente incluso superiores al 50%”.

El resultado final es el de un sistema extremamente compacto, sin partes móviles, silencioso, capaz de almacenar hasta diez veces más energía que las soluciones existentes y que emplea materiales abundantes y de bajo coste.

Se prevé que la primera aplicación de estos dispositivos sea en el sector de la energía termosolar

Se prevé que la primera aplicación de estos dispositivos sea en el sector de la energía termosolar, dónde se evitarían los complejos sistemas utilizados en la actualidad que emplean fluidos de transferencia de calor, válvulas y turbinas para producir electricidad.

Al simplificar la configuración, se podrán reducir drásticamente los costes de la energía generada, que unido a una mayor capacidad de almacenamiento, pueden convertir esta solución en una de las más rentables de entre todas las alternativas de generación renovables. En el medio-largo plazo estos sistemas podrían también emplearse para almacenar electricidad en el sector residencial y gestionar todas las necesidades energéticas (electricidad y calefacción) de los núcleos urbanos.

Recientemente, el equipo ha conseguido financiación a través de un proyecto EXPLORA del ministerio de Economía y Competitividad con el cual empezarán a fabricar el primer prototipo a escala de laboratorio. En paralelo, los investigadores están poniendo en marcha un proyecto empresarial (SILSTORE) para industrializar estos desarrollos. Por el momento, este proyecto ha sido reconocido como una de las mejores startups nacidas en 2015 en la UPM.