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Apr 18, 2023

Blanco

En cinco años, operar una central eléctrica de carbón o gas natural será más

En cinco años, operar una central eléctrica de carbón o gas natural será más costoso que construir parques eólicos y solares. De hecho, según un nuevo estudio de Bloomberg New Energy Finance, construir una nueva granja solar ya es más barato que operar plantas de carbón y gas natural en muchas regiones del mundo.

Sin embargo, un cambio completo hacia fuentes de energía intermitentes requiere desesperadamente un almacenamiento de energía confiable y de bajo costo que se pueda construir en cualquier lugar. Algunas nuevas empresas creen que la respuesta está en el proceso que enciende las bobinas de la tostadora calentándolas eléctricamente a temperaturas abrasadoras.

Antora Energy en Sunnyvale, California, quiere usar bloques de carbón para dicho almacenamiento térmico, mientras que Electrified Thermal Solutions en Boston está buscando fondos para construir un sistema similar usando bloques de cerámica conductiva. Su visión es similar: utilizar el exceso de electricidad renovable para calentar los bloques a más de 1500 °C y luego volver a convertirla en electricidad para la red cuando sea necesario.

Para superar el costo de las plantas de gas natural que hoy respaldan la energía eólica y solar, el almacenamiento de energía tendría que costar alrededor de $ 10 por kilovatio-hora. Ambas nuevas empresas dicen que sus sistemas de calefacción Joule alcanzarán ese precio. Mientras tanto, las baterías de iones de litio ahora cuestan aproximadamente $ 140/kWH, según un estudio reciente realizado por economistas del MIT, y podrían caer hasta $ 20/kWH, aunque solo en 2030 o después.

Justin Briggs, cofundador y director científico de Antora, dice que él y sus cofundadores Andrew Ponec y David Bierman, quienes lanzaron la empresa en 2018, consideraron varias tecnologías de almacenamiento de energía para alcanzar ese objetivo. Esto incluía el método dominante de hoy en día, el bombeo hidroeléctrico, en el que el agua bombeada a una elevación más alta hace girar las turbinas a medida que cae, y el nuevo método similar de almacenamiento por gravedad, que consiste en levantar ladrillos de 35 toneladas y dejarlos caer.

Al final, los bloques de carbón para calentar ganaron por su impresionante densidad de energía, simplicidad, bajo costo y escalabilidad. La densidad de energía está a la par con las baterías de iones de litio en unos pocos cientos de kWh/m3, cientos de veces más alta que la hidroeléctrica bombeada o la gravedad, que también "necesitan dos depósitos separados por una montaña o una pila de ladrillos del tamaño de un rascacielos". Briggs dice.

Antora utiliza los mismos bloques de grafito que sirven como electrodos en hornos de acero y fundiciones de aluminio. "[Estos] ya se producen en cantidades de 100 millones de toneladas para que podamos aprovechar esa cadena de suministro", dice. Briggs imagina bloques del tamaño aproximado de refrigeradores de dormitorios empacados en unidades modulares y envueltos en materiales aislantes comunes como lana de roca.

"Después de calentar esto con electricidad, el verdadero truco es cómo recuperar el calor", dice. Una opción es utilizar el calor para impulsar una turbina. Pero Antora eligió termofotovoltaicos, dispositivos similares a células solares que convierten la radiación infrarroja y la luz de los bloques de carbono al rojo vivo en electricidad. El precio de estos dispositivos semiconductores cae drásticamente cuando se fabrican a gran escala, por lo que resultan más baratos por vatio que las turbinas. Además, a diferencia de las turbinas que funcionan mejor cuando son grandes, las termofotovoltaicas funcionan bien independientemente de la potencia de salida.

Los bloques de grafito de Antora Energy almacenan energía generada de forma renovable a temperaturas que superan los 1000 ºC y finalmente la convierten de nuevo en electricidad a través de su motor térmico termofotovoltaico patentado. ANTORA ENERGY

La termofotovoltaica existe desde hace décadas, pero Antora ha desarrollado un nuevo sistema. Richard Swanson, uno de los asesores de la empresa, fue uno de los primeros pioneros de la tecnología a fines de la década de 1970. La eficiencia con la que los dispositivos convierten el calor en electricidad se estancó en los años 20 hasta que el equipo de Antora demostró una eficiencia récord mundial del 30 % en 2019. Lo lograron cambiando de silicio a semiconductores III-V de mayor rendimiento y usando trucos como el aprovechamiento de la luz infrarroja de menor energía que, de lo contrario, atraviesa el semiconductor y se pierde. El sistema de Antora recupera ese calor colocando un reflector detrás del semiconductor para hacer rebotar los rayos infrarrojos hacia el bloque de grafito.

La tecnología se ha puesto de moda. Antora recibió financiación inicial de ARPA-E y es alumna del programa de becas empresariales Activate y del programa acelerador Shell/NREL GameChanger. Más recientemente, obtuvieron fondos de capitalistas de riesgo y la Comisión de Energía de California [PDF] para ampliar su tecnología y construirán un sistema piloto en un sitio de cliente no revelado en 2022.

Electrified Thermal Solutions, que forma parte de la cohorte 2021 de Activate y se fundó en 2020, es mucho más joven. Los cofundadores de la empresa, Joey Kabel y Daniel Stack, eligieron bloques de cerámica como medio de almacenamiento térmico. Específicamente, los bloques cerámicos en forma de panal se utilizan hoy en día para capturar el calor residual en las plantas siderúrgicas. Dado que las cerámicas no conducen la electricidad, dopan los ladrillos para que sean conductores y puedan calentarse eléctricamente a 2000 °C.

Stack dice que planean apuntar a un amplio mercado para ese calor almacenado. Podrían usarlo para impulsar una turbina de gas para obtener electricidad o para ejecutar cualquier otro proceso de alta temperatura, como la producción de cemento y acero.

El dúo todavía está resolviendo algunos desafíos técnicos, como evitar que la cerámica se oxide y se vaporice con el tiempo. Eventualmente, el sistema debería tener una vida útil de más de 20 años, otra gran ventaja sobre las baterías. Ahora están construyendo un prototipo de sobremesa, dice Kabel, pero el sistema final a gran escala debería parecerse a un gran silo de grano que debería almacenar alrededor de 600 KWh/m3, igualando la densidad de energía de Antora.

Pasarán algunos años antes de que cualquiera de las dos empresas esté lista para construir una instalación a gran escala.

Sin embargo, si pueden demostrar su valía, estas empresas podrían allanar el camino para una tecnología de almacenamiento rentable para la red eléctrica del siglo XXI. "Queremos descarbonizar el sector industrial y eléctrico reemplazando el proceso de combustión con un sistema de calefacción renovable", dice Stack.

Actualización (23 de junio de 2021):Esta historia se actualizó para incluir los resultados de un nuevo informe sobre el costo de la electricidad solar de Bloomberg New Energy Finance.