Alternativas en el almacenamiento de energía

Las energías alternativas como la solar y la eólica están tomando protagonismo en el mundo entero. Sus tecnologías progresan día a día. Pero sin duda, hasta que no se resuelva el problema de su almacenamiento, el ascenso hacia la cima del "monte sustentabilidad" como lo llaman algunos, seguirá siendo resbaladizo.

Tomemos el ejemplo de los automóviles eléctricos. Tal como lo proyecta el visionario Shai Agassi de Better Place , si lográramos cargarlos de electricidad generada con energías renovables (como solar o eólica) pero sin tener que tirar a la basura sus baterías contaminantes y sin agotar las reservas mundiales de litio, tendríamos en nuestras manos un sistema de locomoción que podría llamarse sustentable.

Queda claro que las energías renovables son el principio de la solución hacia la sustentabilidad, pero tenemos que lograr almacenarlas para utilizarlas cuando las necesitamos y no únicamente cuando sopla el viento o sale el sol. Un litro de nafta contiene más de 3.43 x 10ˆ7 Joules / litro de energía. Un número casi mágico. La naturaleza tardó millones de años en crearlo. Nuestra civilización se ha construido en base a ella. Sin duda, estamos todavía lejos de poder recrear semejante densidad de energía y menos aún de manera limpia y renovable.

Existen principalmente cuatro formas de almacenar energía a gran escala:

• Química
• Eléctrica
• Mecánica
• Térmica

Almacenamiento químico

Es el más utilizado: son las baterías de todos nuestros dispositivos electrónicos, del sistema de arranque de nuestros vehículos e inclusive de las instalaciones solares hogareñas. Es una tecnología contaminante e impráctica, sobre todo a gran escala.

Almacenamiento eléctrico

Se basa en capacitores y no es perjudicial para el medioambiente. Fue descubierto en 1745 por Ewald Georg von Kleist . Los capacitores simplemente almacenan electricidad entre dos placas y pueden recargarse indefinidamente. Su inconveniente es que guardan una baja cantidad o mejor llamada densidad de energía y por poco tiempo. Quizás el desarrollo de nuevos ultra-capacitores sea parte de la solución.

Almacenamiento mecánico

Basado en las famosas leyes de Isaac Newton, se está utilizando de maneras cada vez más ingeniosas y en principio no perjudican el medioambiente. Las tres formas mas difundidas son:

Bombas para almacenamiento hidroeléctrico: Consiste en un conjunto de bombas que hacen retornar agua a un reservorio aguas arriba de las turbinas. Si se considera la ecuación energética completa, queda claro que no solo no se gana sino que se pierde energía.
Una central hidroeléctrica genera electricidad de manera cuasi constante durante las 24 horas pero la demanda es irregular siendo generalmente la diurna mayor a la nocturna. Para no desperdiciar el excedente nocturno idealmente se debería almacenar esta energía para el día siguiente.
Si bien hacer subir un determinado volumen de agua para que recircule por la turbina requiere más energía de lo que luego genera, la ecuación en su totalidad es positiva porque de otra manera se hubiera desaprovechado la generación nocturna por completo.

Almacenamiento por aire comprimido: Este es un sistema de alguna manera similar al anterior. Durante las horas de baja demanda, se bombea aire dentro de cuevas subterráneas creando alta presión. Luego se aprovecha esta presión durante las horas de alta demanda para hacer girar unas turbinas generadoras.

Se bombea aire (2) hacia la cueva (1) logrando alta presión. El aire se almacena bajo tierra hasta el horario de demanda pico. Al necesitarse la potencia adicional, el aire comprimido hace girar las turbinas (3) y se genera electricidad gracias a un generador (4).
Se suele mezclar y quemar el aire comprimido con gas natural para evitar el efecto del enfriamiento que sufre el aire al expandirse, aumentado la eficiencia. Personalmente, esta quema de gas no la apoyo al tratarse de una energía no renovable.

Volantes (en el sentido físico de la palabra): Un volante es un disco con gran momento de inercia rotacional, un concepto similar al peso de un objeto pero aplicado a la rotación.
Los volantes son cargados y descargados a través de un motor/generador. El motor/generador toma energía de la red eléctrica para hacer girar el rotor del volante. Durante un corte de servicio o baja tensión el motor/generador brinda energía. La energía cinética almacenada en el rotor es transformada a corriente continua por el generador y luego a corriente alterna gracias a un inversor y un sistema de control.
Los volantes más avanzados están fabricados de fibra de carbono y rulemanes magnéticos. Estos pueden girar a velocidades de hasta 60,000 revoluciones por minuto. Ofrece adicionalmente la posibilidad de descargas sumamente rápidas comparadas con baterías basadas en reacciones químicas. Su principal inconveniente es poco tiempo de almacenamiento.

Almacenamiento térmico

Es un concepto bastante novedoso y se está utilizando mucho en los diseños españoles de plantas solares térmicas. Su funcionamiento consiste en colocar bajo el gran tanque de agua a calentar un contenedor de sal (cloruro de sodio). Una matriz de espejos concentra la radiación solar en el tanque de agua y el contenedor de sal y logran transformar en vapor el agua y hacer girar una turbina.

Cuando baja el sol, la sal que se encuentra en estado líquido entre 801 y 1465 grados Celsius (calentada previamente por la radiación solar) pasa a ser la protagonista y sigue calentando el agua evitando entonces el detenimiento de las turbinas. Una vez dimensionado correctamente el sistema, se tiene una planta solar funcionando las 24 horas del día.

El plan de Shai Agassi para los autos eléctricos, en el ciclo de charlas de la conferencia TED

Estas tecnologías logran mayor eficiencia al permitir aprovechar parte de la energía no utilizada sobre las horas de baja demanda pero todavía no resuelven el desafío de almacenar energía de manera transportable y limpia.

Si bien estamos encaminados, todavía deberemos esperar un tiempo para hacer sustentables nuestros autos, motos, notebooks y teléfonos celulares.

Rodrigo Herrera Vegas es co-fundador de sustentator.org

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