Lo inventó Thomas Edison, no tuvo éxito en su época y hoy podría revolucionar a la industria

En un camino de ripio en West Orange, Nueva Jersey (Estados Unidos), un auto eléctrico pasó cerca de unos transeúntes, quienes quedaron totalmente sorprendidos por lo espacioso que era su interior. El auto se desplazaba al doble de la velocidad que los vehículos más convencionales, levantando el polvo de la calle que, tal vez, les hizo cosquillas en la nariz a los caballos que tiraban de los carruajes.

Era principios del siglo XX y el conductor de este particular automóvil era Thomas Edison. Si bien los autos eléctricos no eran una novedad en el vecindario, la mayoría de ellos dependían de pesadas y voluminosas baterías de plomo y ácido. Edison había equipado su auto con un nuevo tipo de batería y esperaba que pronto todos los vehículos de todo el país la usaran: era una batería de níquel-hierro.

Sobre la base del trabajo del inventor sueco Ernst Waldemar Jungner, quien patentó por primera vez una batería de níquel-hierro en 1899, Edison buscó refinarla para su uso en autos. El creador estadounidense afirmó que la batería era increíblemente resistente y podía cargarse dos veces más rápido que las baterías de plomo y ácido. Incluso tenía un acuerdo con la automotriz Ford Motors para producir este vehículo eléctrico supuestamente más eficiente.

Pero la batería de níquel-hierro tenía algunos problemas. Era más grande que las baterías de plomo y ácido que se utilizaban y también era más cara. Además, cuando se cargaba, liberaba hidrógeno, que en ese momento se consideraba una preocupación y podía ser peligroso.

Desafortunadamente, para el momento en que Edison logró construir un prototipo más refinado, los vehículos eléctricos estaban desapareciendo y los autos propulsados por combustibles fósiles ganaban terreno, ya que podían recorrer distancias más largas en vez de tener que detenerse para recargar energía.

El trato de Edison con Ford Motors quedó inconcluso, aunque su batería continuó usándose en ciertos nichos como la señalización de ferrocarriles, donde su voluminoso tamaño no fue un obstáculo. Más de un siglo después, los ingenieros redescubrieron la batería de níquel-hierro como una especie de diamante en bruto.

Ahora se la está estudiando como una respuesta al desafío permanente de generar energías renovables y complementar las fuentes de energía limpia como la eólica y la solar. Y el hidrógeno, que alguna vez fue considerado preocupante, podría convertirse en uno de los elementos más útiles de estas baterías.

Electrólisis

A mediados de la década de 2010, un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos descubrió un uso de la batería de níquel-hierro basada en el hidrógeno producido. Cuando la electricidad pasa a través de la batería mientras se recarga, sufre una reacción química que libera hidrógeno y oxígeno. El equipo reconoció que la reacción se asemeja a la utilizada para liberar hidrógeno del agua, conocida como electrólisis.

“Me pareció que la química era la misma”, dice Fokko Mulder, líder del equipo de investigación de la Universidad de Delft. Esta reacción de división del agua es una forma en que se produce hidrógeno para su uso como combustible y uno completamente limpio, siempre que la energía utilizada para impulsar la reacción sea de una fuente renovable.

Si bien Mulder y su equipo sabían que los electrodos de la batería de níquel-hierro eran capaces de dividir el agua, se sorprendieron al ver que los electrodos comenzaron a tener un mayor almacenamiento de energía que antes de que se produjera el hidrógeno. En otras palabras, se convirtió en una mejor batería cuando también se usó como electrolizador.

También se asombraron al ver lo bien que los electrodos resistieron la electrólisis, que puede degradar excesivamente las baterías más tradicionales. “Y, por supuesto, estábamos contentos de que la eficiencia energética pareciera ser buena durante todo esto”, dice Mulder, alcanzando niveles del 80% a 90%.

Mulder nombró a su creación el “battolyser” y espera que el descubrimiento pueda ayudar a resolver dos desafíos importantes para la energía renovable: el almacenamiento de energía y, cuando las baterías están llenas, la producción de combustible limpio. “Escucharás argumentos sobre las baterías, por un lado y el hidrógeno, por el otro”, dice Mulder. “Siempre hubo una especie de competencia entre los dos, pero básicamente necesitas ambos”, añade.

Valor renovable

Uno de los mayores desafíos de las fuentes de energía renovable como la eólica y la solar es lo impredecibles e intermitentes que pueden ser. Con la solar, por ejemplo, se produce un excedente de energía durante el día y el verano, pero durante la noche y en los meses de invierno, el suministro disminuye.

Las baterías convencionales, como las basadas en litio, pueden almacenar energía a corto plazo, pero cuando están completamente cargadas tienen que liberar cualquier exceso o podrían sobrecalentarse y degradarse.

Sin embargo, el “battolyser” de níquel-hierro permanece estable cuando está completamente cargado, momento en el que puede pasar a producir hidrógeno. “(Las baterías de níquel-hierro) son resistentes y pueden tolerar la carga insuficiente y la sobrecarga mejor que otras baterías”, dice John Barton, investigador asociado de la Escuela de Ingeniería Mecánica, Eléctrica y de Fabricación de la Universidad de Loughborough en Reino Unido, que también investiga el “battolyser”.

“Con la producción de hidrógeno, el ‘battolyser’ agrega almacenamiento de energía de varios días e incluso entre estaciones” del año, añade. Además de crear hidrógeno, las baterías de níquel-hierro tienen otras características útiles.

En primer lugar, que requieren un mantenimiento excepcionalmente bajo. Son extremadamente duraderas, como lo demostró Edison en su primer auto eléctrico y se sabe que algunas duran más de 40 años. Los metales necesarios para fabricar la batería (níquel y hierro) también son más comunes que, por ejemplo, el cobalto que se utiliza para crear baterías convencionales.

Esto significa que el “battolyser” podría tener otro papel para la energía renovable: ayudarla a ser más rentable. Como cualquier otra industria, los precios de estas energías fluctúan según la oferta y la demanda. En un día brillante y soleado puede haber una gran cantidad de energía solar, lo que puede provocar un exceso y una caída en el precio por el que se puede vender la energía. El “battolyser” podría ayudar a suavizar esas fluctuaciones.

“Cuando los precios de la electricidad son altos, se puede descargar esta batería; pero cuando el precio de la electricidad es bajo, se puede cargar la batería y producir hidrógeno”, opina Mulder. El “battolyser” no está solo en este aspecto: los electrolizadores alcalinos más tradicionales acoplados a baterías también pueden realizar esta función y están muy extendidos en la industria de producción de hidrógeno.

Mulder cree que el “battolyser” puede hacer lo mismo por menos dinero y por más tiempo gracias a la durabilidad del sistema. Es algo que está dando esperanzas a los partidarios del nuevo descubrimiento y aunque el hidrógeno es el producto directo del “battolyser”, también se pueden generar otras sustancias útiles, como el amoníaco o el metanol, que suelen ser más fáciles de almacenar y transportar.

“Con un ‘battolyser’ instalado, (una) planta de amoníaco funcionaría de manera más constante y (necesitaría) menos mano de obra, lo que reduciría los costos operativos y de mantenimiento”, dice Hans Vrijenhoef, director ejecutivo de Proton Ventures, que invirtió en el “battolyser” de Mulder. “Así produciría amoníaco de la manera más barata, sostenible y ecológica”, añade.

Escalando

En este momento, el “battolyser” más grande que existe es de 15kW/15kW h y tiene suficiente capacidad de batería y almacenamiento de hidrógeno a largo plazo para alimentar a 1,5 hogares.

Se está trabajando en una versión más grande de 30kW/30kW h en la central eléctrica Magnum en Eemshaven en los Países Bajos, donde proporcionará suficiente hidrógeno para satisfacer las necesidades de la central. Una vez que se haya sometido a pruebas rigurosas allí, el objetivo es ampliar y distribuirla a los productores de energía verde, como los parques solares y eólicos.

En última instancia, los defensores del “battolyser” esperan que alcance una escala de gigavatios equivalente a la energía generada por alrededor de 400 turbinas eólicas a escala de servicios públicos. Aunque, además de la ampliación, Barton ve un papel para los “battolyser” más pequeños, que podrían ayudar a suministrar energía a las mini-redes utilizadas por comunidades remotas que no son parte de las redes eléctricas principales.

El hecho de que los electrodos del “battolyser” estén hechos de metales comunes y relativamente baratos puede ayudar y, a diferencia del litio, el níquel y el hierro no generan grandes cantidades de desechos de agua cuando se extraen ni están vinculados a una degradación ambiental significativa.

Aún así, tanto Mulder como Barton ven obstáculos que superar en términos de eficiencia y capacidad. “El ‘battolyser’ se beneficiaría mucho de una mayor capacidad de potencia como batería o de una resistencia interna reducida”, dice Barton. La resistencia interna es la oposición al flujo de corriente en una batería. Cuanto mayor sea la resistencia interna, menor será la eficiencia. Mejorar eso es algo en lo que Mulder y su equipo están trabajando.

Gran parte de su potencial estaba escondido a plena vista, desde que Thomas Edison comenzó a experimentar con su batería de níquel-hierro a principios del siglo XX. Es posible que se haya equivocado al creer que su batería suplantaría a los otros vehículos en las calles, pero la batería de níquel-hierro aún puede desempeñar un papel en la sustitución de los combustibles fósiles en general, al ayudar a acelerar la transición a las energías renovables.

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