La tecnología de batería de iones de litio de Tesla se convierte en un rival genial: aire líquido congelado

En un esfuerzo por ayudar a impulsar las energías renovables, muchas empresas están trabajando en nuevas formas de almacenar energía a largo plazo. Pero la simple batería vieja sigue siendo la reina. ¿Puede el aire líquido ultrafrío marcar la diferencia?

El Tesla de Elon Musk tardó menos de 100 días en instalar su reserva de energía Hornsdale, la batería de iones de litio más grande del mundo, en el polvoriento y soleado sur de Australia, luego de una apuesta en Twitter. Highview Power en el Reino Unido fue un poco más lento que eso. Después de años de retrasos, su planta de almacenamiento de aire líquido (LAES) cerca de Manchester entró en funcionamiento.

Es la primera instalación de almacenamiento de aire líquido a escala eléctrica del mundo, y con componentes disponibles en el estante, es relativamente fácil y económico de construir y escalar. El aire se enfría, se licúa y se almacena en tanques durante semanas hasta que vuelva a necesitar electricidad. Suena muy bien, ¿no?

Si bien es cierto que es un momento exitoso para almacenar energía alternativa, no haga confeti todavía: el ión de litio no está a punto de ceder la corona, dice Dan Finn-Foley, analista senior de GTM Research. Solo en los EE. UU., La tecnología de baterías de iones de litio representa más del 95% de las implementaciones de almacenamiento anuales. Pero las baterías, incluso las más eficientes, no almacenan energía durante más de unas pocas horas.

Entonces, ¿dónde dejan su energía solar y eólica, con su necesidad de suavizar los picos de suministro y las canaletas?

“El almacenamiento de energía alternativa podría ser un santo grial para la red, un eslabón perdido que podría llevarnos a fuentes renovables mucho más rápido”, dijo Ravi Manghani, director de almacenamiento de energía de GTM Research.

Una cosa es segura: sin una tecnología de almacenamiento de energía confiable, el mundo tendrá dificultades para deshacerse del carbón sucio y otros combustibles fósiles. Si una economía y una sociedad quieren depender de energías renovables masivas, necesitan una solución de respaldo. La energía renovable está creciendo rápidamente: el año pasado, el 29% de toda la electricidad en el Reino Unido fue generada por plantas de energía renovable; en Alemania, fue del 33%.

Pero el sol no brilla por la noche y el viento no siempre sopla. Por el momento, el mercado de almacenamiento está dominado por la tecnología de baterías de iones de litio, pero a pesar del almacenamiento total de energía de Tesla en todo el mundo, las baterías disponibles pueden durar unas ocho horas. “Definitivamente necesitamos instalar varios días de almacenamiento de energía, no podemos simplemente salirnos con la nuestra en cuatro o seis horas”, dice Manghani.

Almacenando electricidad por más tiempo

El sistema de almacenamiento Hornsdale Power Reserve de 100 MW puede suministrar 129 megavatios-hora de electricidad y está conectado al parque eólico Hornsdale. Su principal objetivo es aumentar la estabilidad de la red durante los eventos de emergencia del sistema, como las tardes de verano extremadamente calurosas o cuando se inicia una gran planta de gas; mejora la capacidad de la red para hacer frente a pequeños bloques en la generación de energía, lo que generalmente significa reemplazar uno para una hora y media de suministro eléctrico.

“Está diseñado para hacer frente a necesidades de emergencia a muy corto plazo”, dice Finn-Foley. Por lo tanto, las baterías simplemente no pueden proporcionar la máxima potencia o pueden competir y reemplazar las llamadas plantas de energía “lápiz”, plantas de energía como las plantas de energía de gas natural que se encienden solo para llenar el vacío en momentos de máxima demanda de energía. Tampoco pueden ayudar a expandir el uso de energía solar más tarde en el día. “Necesitará de 10 a 12 horas de descarga continua, lo que significa que necesitará cuatro veces más energía de la batería”, dice Finn-Foley.

Allí, las tecnologías alternativas de almacenamiento de energía podrían cambiar las cosas.

Actualmente, las mejores soluciones de almacenamiento de energía a largo plazo son el almacenamiento de calor, la bomba hidráulica, el almacenamiento de energía de aire comprimido y el hijo más nuevo del bloque, el almacenamiento de energía de aire líquido. También existen tecnologías de baterías alternativas, como las baterías con fugas, que los investigadores creen que algún día pueden crecer para descargar más energía que los iones de litio.

Sin embargo, al final del día, todo se reduce al costo. Y el desarrollo y funcionamiento de nuevas tecnologías no es barato. Mientras tanto, el costo de las baterías de iones de litio continúa cayendo, debido a la demanda cada vez mayor de productos electrónicos de consumo y automóviles eléctricos, con todos los conciertos y megafábricas proliferando en todo el mundo. En los últimos años, los precios de las baterías de iones de litio han caído más del 60%, y se espera que caigan otro 40% para 2022.

Estas reducciones de costos son impresionantes, pero si bien las baterías son buenas para proporcionar energía durante períodos cortos de tiempo, rápidamente se vuelven muy costosas para almacenar grandes cantidades de energía en horas y días.

¿Qué es el almacenamiento de energía del aire líquido?

Entra LAES. Primero soñada en la década de 1970 en el Reino Unido y luego interpretada en las décadas de 1980 y 1990 por Hitachi y Mitsubishi (sin embargo, sin ninguna instalación piloto adecuada), esta tecnología tiene el potencial de expandirse a un bajo costo, dice el profesor universitario Yulong Ding de Birmingham. quienes junto con Highview desarrollaron la tecnología.

LAES funciona utilizando electricidad de la red para enfriar el aire hasta que se vuelve líquido y luego lo almacena en tanques grandes a baja presión a -196 ° C, a una fracción del volumen original de aire. “El principio de funcionamiento es bastante similar al de un refrigerador doméstico, solo que los rangos de temperatura y presión son diferentes”, dice Ding. El aire puede permanecer en los tanques durante semanas e incluso meses, disipándose lentamente, y cuanto mejor sea el aislamiento, más lento puede ser. “Se puede almacenar fácilmente en tanques durante aproximadamente dos meses”, agrega Ding.

Cuando necesite generar electricidad, solo necesita calentar el aire a temperatura ambiente. En el proceso, se expandirá 700 veces, creando mucha presión de aire que puede usarse para hacer girar una turbina de la misma manera que, digamos, el vapor se produciría en generadores convencionales y produciría electricidad.

Debido a que es tan similar a un refrigerador tradicional, los componentes individuales de LAES para enfriamiento, almacenamiento y represurización de gas se pueden comprar a un precio bastante económico. “Estos son procesos bien entendidos, que duran décadas y son extremadamente rentables”, dice Finn-Foley. El único elemento aquí, dice Ding, es la integración de las diversas partes de la manera más optimizada.

Pero LAES no es tan eficiente: la batería Tesla de Australia tiene una eficiencia del 88%, mientras que LAES tiene una eficiencia del 60-70%, dice Manghani. Pero dado que las baterías solo pueden almacenar energía durante unas pocas horas, si tienen que proporcionar más energía, rápidamente se vuelven muy caras.

LAES tampoco puede responder a las señales de la red en cuestión de milisegundos, como lo hacen las baterías. Además, el proyecto de aire líquido puede proporcionar energía a granel durante un día (aunque el piloto solo puede almacenar 5 MW de electricidad, suficiente para alimentar a unos 5.000 hogares durante unas tres horas; a escala comercial, LAES en Manchester la instalación podría tener un capacidad de 50 MW).

Sin embargo, debido a que el almacenamiento de energía de aire líquido es tan barato y fácilmente escalable, podría llenar un vacío crucial en el exitoso ecosistema energético orientado a las energías renovables. Entonces, ¿por qué lo mira Gran Bretaña? Jonathan Radcliffe, investigador de energía de la Universidad de Birmingham, tiene una respuesta simple: debido a los ambiciosos planes del Reino Unido para generar electricidad a partir de energía eólica marina en la década de 2020. También agrega: “Como isla, tenemos menos conexiones. redes que podrían ayudar a equilibrar la oferta y la demanda ”.

Manghani es aún más prosaico: el mundo aún no está listo para LAES. Incluso a la escala del uso actual de fuentes de energía renovables en países como Alemania y Australia, “no hay mercado que necesite soluciones de almacenamiento de mayor duración”, dice: las plantas experimentales como LAES están buscando un problema que aún no existía. Pero dentro de una década, una vez que las redes de paneles solares y las turbinas eólicas produzcan más del 60 o 70% de nuestra energía, el almacenamiento a largo plazo será crucial. Y no podemos esperar una década para comenzar a encontrar una solución viable, dice Manghani, debemos prepararnos ahora.

¿Desconectar al rey?

Highview sostiene que, en general, las plantas de LAES serán más baratas que las de iones de litio; si se confirma en una escala: “Espero que la tecnología se vuelva rápida a nivel mundial”, dice Finn-Foley. Primero, necesitan comenzar a competir en más mercados y aplicaciones, y las regulaciones existentes, así como los incentivos para invertir en almacenamiento de energía, son un desafío.

La planta de LAES “tendrá que funcionar durante un tiempo para demostrar que realmente han logrado resolver los problemas”, dice Finn-Foley. También tiene que demostrar su viabilidad, lo que es difícil para un proyecto que se supone que durará décadas. “Las baterías se degradan y necesitan ser reemplazadas, pero es difícil probar una vida útil de cuarenta años, hasta que se usa durante 40 años”, agrega.

Pero al final del día, las tecnologías alternativas no intentan usurpar el trono del li-ion, sino “adaptar su propio reino, con aplicaciones y casos de uso que creo que pueden hacer mejor”, dice. “Hasta ahora no han tenido éxito, pero un proyecto piloto que demuestre ser rentable es un paso crucial”. En los próximos cinco años, sin embargo, dice, “el ion de litio mantendrá la corona”.

Gran parte de las noticias de la ciencia de todo el mundo en un sólo sitio. noticias de Ciencia.