Dentro hay un par de pastillas metálicas y polvo de sales, y lleva soldada una tapa redonda, creando todo ello una pila de 45 kilos de peso.
Ambri piensa fabricar baterías gigantes uniendo varias de estas pilas, tan grandes como un contenedor de transporte. Pero las baterías de Ambri no son novedosas solo por su tamaño: la tecnología química es distinta a la que se usa en cualquier otra batería en la actualidad. Cuando la pila se calienta a unos 500º C, los discos y el polvo que contiene -los electrodos y el electrolito respectivamente- se derriten. El resultado es una batería cuyos componentes son todos líquidos. Las baterías recargables convencionales tienen electrodos sólidos que se degradan con el uso, pero una batería solo con partes líquidas podría durar años sin perder demasiada capacidad de almacenaje energético. Los materiales fundidos también pueden operar a densidades de corriente mucho más elevadas que los sólidos y durante periodos mucho más prolongados.
Donald Sadoway, cofundador de Ambri y profesor de química de los materiales en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE.UU.), concibió la célula de metal líquido como una forma de crear una batería para la red eléctrica capaz de almacenar muchas horas de energía solar y eólica a un coste muy bajo. Puesto que una batería fija cuyo destino es almacenar energía para la red no tiene que ser ligera como las baterías de nuestros portátiles, nuestros coches o nuestras linte as, podía alejarse completamente de la química que hace funcionar ese tipo de baterías. El resultado es una batería que está hecha con materiales abundantes y baratos mediante de un sistema de producción sencillo. Es capaz de manejar con seguridad grandes corrientes y proporcionar energía en rápidas explosiones durante un periodo prolongado.
Si Ambri u otros son capaces de hacer que el almacenaje de energía en la red sea barato y fiable, cambiará la forma en que conseguimos nuestra electricidad. Como la producción de las plantas eólicas y solares es intermitente, estas fuentes de energía renovable no pueden dar energía a toda la red de manera fiable, ni siquiera a la mayor parte de la misma. Las compañías eléctricas tienen que asegurar que haya de un equilibrio entre la energía que se consume y la cantidad de energía que se genera. El sistema debe poder responder a los picos de demanda, que suelen darse cuando la gente enciende el aire acondicionado en los días de más calor. Eso significa que las plantas eólicas y solares suelen reforzarse con plantas de gas natural capaces de añadir energía al suministro rápidamente.
La posibilidad de usar electricidad almacenada cuando sea necesaria, significa se podrían cerrar algunas de esas plantas de combustibles fósiles y no habría que construir ninguna nueva. Pero por el momento no contamos con una buen sistema universal de almacenar energía para la red. En la actualidad, el 99 por ciento del almacenaje de red se da bajo la forma de centrales hidroeléctricas reversibles. Se bombea agua cuesta arriba a un depósito, que se libera para hacer funcionar un generador cuando se necesita energía. Este método poco tecnológico es eficiente y es barato a largo plazo, pero se limita a zonas donde hay montañas y agua disponibles. En consecuencia proporciona menos del 1 por ciento de la capacidad energética de Estados Unidos un día cualquiera, según Mark Johnson, director del programa de almacenaje en la red de la agencia de investigación del Departamento de Energía de Estados Unidos, ARPA-E.
Decenas de empresas están desarrollando nuevos aparatos para el almacenamiento de energía, incluyendo varios tipos de baterías gigantes, grandes cilindros que giran llamados volantes de inercia, e incluso tanques de almacenado de aire comprimido. Pero por ahora ninguno de estos enfoques es lo suficientemente barato como para ser competitivo. Dependiendo del tamaño, una planta hidroeléctrica reversible puede producir electricidad durante decenas de horas a un coste de unos 100 dólares por kilovatio hora (unos 75 euros). Las baterías para la red pueden llegar a costar hasta 10 veces esas cantidad, por eso solo hay unos cientos de megavatios de potencia de batería en la red, menos de la cantidad que contribuye una planta eléctrica completa.
Ambri apuesta por que usando materiales baratos y un diseño de batería sencillo sin partes móviles, podrá proporcionar un sistema de almacenaje a granel de la electricidad por unos 500 dólares por kilovatio hora (unos 375 euros). Sigue siendo más caro que el la energía producida por una hidroeléctrica reversible, pero puesto que las baterías se pueden colocar en casi cualquier parte, Ambri cree que su tecnología puede ser la opción más económica para muchas plantas.
"Hay un valor que importa más que cualquier otro en la red", afirma Johnson. "Coste, coste, coste".
Carrete fotográfico
Cuando Sadoway empezó a considerar la posibilidad de almacenaje para la red en 2005, buscó inspiración en las fundidoras de aluminio. Estas máquinas gigantescas, que pueden ocupar más de 1.900 metros cuadrados, usan inmensas cantidades de electricidad para extraer el aluminio del óxido de aluminio fundido mediante electrólisis. Sadoway, que tiene formación como metalurgo, se dio cuenta de que el fundido podría proporcionar un patrón para una batería recargable que tolere los niveles actuales necesarios para la red. "La miré y pensé: ¡Vaya, parece la mitad de una batería! Y es grande, es escalable y es barato", afirma.
Tras dar con la idea de la batería de metal líquido, Sadoway buscó los electrodos perfectos: acabó escogiendo el magnesio y el antimonio porque son baratos y se separan de forma natural en estado líquido. El magnesio que es más ligero, sube a la superficie y entre los electrodos de magnesio y antimonio hay un electrolito de sal líquida, creando una pila con tres capas.
Cuando una batería tiene que suministrar energía a la red, los átomos de magnesio de la capa superior -el ánodo- liberan electrones. Los iones de magnesio resultantes viajan a través del electrolito y reaccionan con el antimonio, formando una aleación y expandiendo la capa inferior de la célula, el cátodo. Cuando la batería se carga, funciona como la fundidora, liberando el magnesio de su aleación y devolviéndolo a través del electrolito a reunirse con el electrodo de magnesio. El intenso flujo de corriente genera el calor que se usa para mantener los metales fundidos. (Ambri ha cambiado a aleaciones de metales más baratas y una mezcla de sales, pero la química funciona de la misma forma).
En 2007, siendo Bradwell estudiante en el laboratorio de Sadoway, usó la tecnología de magnesio y antimonio para fabricar una batería experimental con el diámetro de un carrete fotográfico. Para 2009 había atraído casi 11 millones de dólares (unos 7,6 millones de euros) en financiación para investigación de ARPA-E y la petrolera francesa Total. El año siguiente Sadoway y Bradwell crearon una empresa llamada Liquid Metal Battery Corporation; y consiguieron fondos para arrancar de Bill Gates y Total.
Los fundadores esperaban que el trabajo técnico llevaría más tiempo que los 5 o 7 años que los capitalistas de riesgo suelen estar dispuestos a esperar de media antes de retirar su inversión, así que en un principio no aceptaron dinero de este tipo de inversores como habían hecho muchas otras start-ups en tecnologías limpias. Sin embargo, para el verano de 2011, había llegado el momento de construir un producto. Sadoway reclutó a un nuevo director ejecutivo, Philip Giudice, que ayudó a asegurar una ronda de inversión por valor de 15 millones de dólares (unos 11 millones de euros), encabezada por Khosla Ventures. La empresa cambió su nombre a Ambri, basándose en el nombre de Cambridge (Massachusetts, EE.UU.) donde se inventó la tecnología.
Según Giudice, antiguo oficial de energía del estado de Massachusetts, al menos para empezar Ambri quiere evitar trabajar con las compañías eléctricas: son conservadoras y tienen muy pocos incentivos financieros o presión legal para probar nuevas tecnologías. En cambio, su objetivo serán las bases militares y otras instalaciones dispuestas a pagar por la posibilidad de tener una fuente de energía de respaldo, como los centros de datos. Estas aplicaciones no representan un mercado demasiado grande, pero servirán para demostrar y probar la batería.
Para fabricar las pilas de batería de Ambri, los electrodos de metal líquido y un electrolito de sales líquidas se sellan en un contenedor de acero como este.
Más adelante este año, la empresa planea hacer un módulo del tamaño de una nevera uniendo cientos de pilas del tamaño de un puck de hockey y cableándolas en series. Los investigadores esperan que, para 2014, 80 de estos módulos se podrán empaquetar juntos en un prototipo a escala comercial que generará 500 kilovatios y almacenará dos megavatios hora, la energía suficiente para alimentar a 70 hogares estadounidenses durante todo un día.
Incluso después de que se prototipo esté listo y en marcha, explica Giudice, Ambri sigue planeando evitar el complejo mundo, muy legislado, de las eléctricas en favor de productores de electricidad independientes, empresas que desarrollan o poseen proyectos de energía. En el oeste de Tejas, por ejemplo, suele haber un excedente de energía eólica de noche, cuando los precios de la demanda son más bajos. El almacenaje de esta energía en baterías permitiría a un productor de energía eólica reservarla para poder venderla en los picos de demanda y ganar más dinero. Otro mercado temprano atractivo son las ciudades donde las baterías resultarían más eficaces en términos de coste que añadir nuevas líneas de electricidad para poder cumplir con la demanda pico de electricidad, afirma Giudice.
Si todo sale como esperan, Ambri podrá hacer demostraciones de sus baterías en múltiples instalaciones y demostrar a las eléctricas que la tecnología es de bajo riesgo, explica Giudice. En ese punto la empresa puede acercarse a las compañías eléctricas y los reguladores estatales que aprueban las inversiones en equipamientos para la red. Un mercado de almacenaje para las eléctricas a pleno rendimiento podría valer miles de millones de dólares de aquí a cinco o diez años.
El dinero
Sujetando una de las células originales del tamaño de un vaso de chupito junto a las siguientes, cada vez mayores, de 10 centímetros, de 12, centímetros y la pesada célula de 49 centímetros, Bradwell muestra lo lejos que ha llegado su equipo. Pero ahora los investigadores de Ambri se enfrentan al reto de escalar la batería de metal líquido al tamaño industrial. Entre otras tareas, tienen que diseñar sellados estancos en para las pilas y crear un sistema de gestión térmica que se asegure de que el calor que se desprende al cargar y descargar las baterías es suficiente para mantener los componentes en estado líquido. El grupo aún no ha decidido cuál será el tamaño individual que minimizará el coste de fabricación, pero las células serán cuadradas, de 10 a 40 centímetros de lado y unos 5 cm de altura.
Ambri tiene dinero suficiente para construir sus primeros prototipos. Pero escalar la producción necesitará más capital en un momento en el que el ambiente de la inversión en las empresas de tecnologías limpias está muy lejos de ser halagüeño. Asustados por pobres rendimientos, una serie de conocidas bancarrotas y el gasto de construir capacidad de fabricación, muchos capitalistas de riesgo han abandonado las tecnologías limpias, dejando muy pocas opciones de financiación.
Los obstáculos financieros son especialmente grandes porque las start-ups de almacenaje para la red se están enfrentando a grandes retos técnicos en una industria que apenas existe. "A los capitalistas de riesgo les gustan los retos tecnológicos o los riesgos empresariales. Algunos pueden con ambos, pero la mayoría no", afirma Bilal Zuberi, inversor en General Catalyst Partners, que ha invertido en una start-up que está desarrollando una tecnología de almacenaje para la red basada en el aire comprimido. En su próxima ronda, Ambri pretende ir detrás de los inversores de la industria eléctrica, con la esperanza de que empresas como General Electric, ABB y Siemens puedan proporcionarle no solo dinero sino también credibilidad y experiencia en la fabricación y venta. Pero incluso aunque la ingeniería de Ambri resulte impecable y la empresa se asegure todo el dinero que necesita, se enfrentará al mismo obstáculo al que se enfrentan tantas otras empresas de energías alte ativas: el gas natural barato. Desde que el gas natural se ha convertido en el combustible preferido para la generación de electricidad en Estados Unidos, el precio que tiene que ofrecer para ser competitiva cualquier tecnología de almacenaje para la red, ha caído mucho más.
El factor más significativo a favor de Ambri puede ser en última instancia, el desvencijado estado de la propia red. Los apagones masivos provocados por los huracanes Sandy e Irene son una dolorosa demostración de lo vulnerable que es el sistema energético, lo que ha llevado a los políticos y al público a exigir soluciones. El almacenaje para la red podría proporcionar una resistencia y flexibilidad muy necesaria, proporcionando energía de refuerzo a edificios e incluso comunidades al mismo tiempo que permite a las eléctricas tratar con las fluctuaciones en el suministro. Algunas de las plantas eléctricas grandes y centralizadas que hay que mantener ahora para asegurarse de que la oferta suple a la demanda ya no se necesitarían.
Llevar a cabo esta visión de un sistema eléctrico amortiguado por cientos de grandes baterías llevará muchos años e implicará poner patas arriba el status quo de la industria eléctrica. No es una tarea fácil. Pero Ambri cree que su batería ofrece una forma de empezar a abordar el asunto.