La empresa ha desarrollado nuevos materiales para el almacenaje de calor que prometen no solo una mayor eficiencia en las plantas termosolares, sino que también puede reducir el coste de almacenar la energía del sol para usarla cuando se necesita.
Los materiales, que incluyen nuevas combinaciones de sales y un nuevo tipo de cristal podrían resultar claves para conseguir que las plantas termosolares sean lo suficientemente baratas y fiables como para competir con los combustibles fósiles a gran escala.
Al contrario que los paneles solares, que convierten la luz del sol directamente en electricidad, las plantas solares térmicas generan electricidad usando una serie de espejos que concentran la luz del sol y producen temperaturas muy elevadas, que a su vez generan vapor para una turbina que mueve un generador. Estas plantas resultan más caras que las basadas en paneles solares, que han bajado de precio recientemente, pero tienen una ventaja: es más fácil y mucho más barato almacenar el calor producido por los espejos en una planta de energía solar concentrada que almacenar la electricidad que generan los paneles solares. Algunas plantas termosolares están equipadas con sistemas de almacenaje de calor que les permite generar vapor incluso después de la puesta del sol.
Halotechnics, una empresa derivada de la compañía de cribado químico de alto rendimiento Symyx (que ahora forma parte de Accelrys), está financiada casi por completo por subvenciones estatales, habiendo recibido un total de 6 millones de dólares (unos 4,5 millones de euros) hasta la fecha. Ahora mismo está recaudando su primera ronda de capital de riesgo.
Los nuevos materiales de sales y cristal que Halotechnics ha descubierto -usando un proceso de cribado de alto rendimiento para analizar cerca de 18.000 compuestos- podrían reducir el coste de la energía termosolar de diversas formas. Por una parte, permiten que las plantas termosolares operen con temperaturas más elevadas, mejorando su eficiencia y reduciendo el tamaño del campo de espejos necesario en un 25 por ciento. Por otra, estos materiales almacenan hasta tres veces más energía que los materiales de almacenaje de calor que se usan en la actualidad, reduciendo el coste del sistema de almacenaje y aumentando potencialmente el número de plantas termales que se pueden equipar con almacenaje de calor (aunque la tendencia es que éste se implante incluso con los materiales existentes). Un mejor almacenaje de la energía puede reducir el coste por kilovatio hora de la electricidad producida por una planta termosolar porque las turbinas y generadores pueden producir energía día y noche.
Los materiales podrían hacer que el coste de la energía solar se redujera a seis centavos de dólar (unos 4,5 céntimos de euro) por kilovatio hora, el objetivo de la Iniciativa SunShot del Departamento de Energía de Estados Unidos. “Para lograr ese objetivo de seis centavos o acerca os a él, hay que ir hacia un sistema con temperaturas más elevadas”, afirma Mark Mehos, gerente del programa de Energía Solar Concentrada en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables en Golden, Colorado (EE.UU.).
n“Los sistemas comerciales existentes tienen un límite de 565 grados centígrados en el caso de las plantas de torres que usan sales fundidas”, explica Mehos. “La torre y la óptica son capaces de alcanzar temperaturas más elevadas, pero ahora mismo están limitadas por la temperatura de las sales”. Los nuevos materiales son capaces de funcionar a temperaturas de hasta 1.200 °C
Mejorar la fiabilidad de la energía solar también será clave para conseguir que sea competitiva con los combustibles fósiles. Sin almacenaje, la cantidad de energía solar asimilable por la red eléctrica es limitada puesto que las compañías eléctricas necesitan construir plantas generadoras de apoyo o construir líneas de transmisión extra para trasladar energía desde otras zonas cuando cae la producción de energía solar. Por ahora esto no es un problema poruqe la energía solar representa solo una pequeña parte de la energía de la red. Pero podría ser un problema grave en la próxima década en lugares como Califo ia, donde las leyes que exigen unos mínimos de energías renovables están llevando a las compañías eléctricas a instalar grandes cantidades de energía solar.
En el actual sistema de almacenaje de calor, las sales se calientan pasado su punto de fusión, hasta la temperatura más elevada a la que funcionan (565 °C) y se almacenan en un gran tanque cubierto de aislante. La sal se bombea a través de un intercambiador de calor para producir vapor y luego se guarda en otro tanque del almacenaje a una temperatura que se halla justo por encima de su punto de fusión para que no se cristalice.
El primer material que Halotechnics piensa comercializar está diseñado para usarse en las plantas termosolares existentes. Opera a la misma temperatura que las sales fundidas actuales, pero costará un 20 por ciento menos. En la actualidad las sales cuestan aproximadamente 1.000 dólares la tonelada (unos 760 euros) y una planta media usa 30.000 toneladas de sales, así que estas sales podrían servir para ahorrar millones de dólares. Halotechnics planea probar el material en una planta piloto durante seis meses este verano y luego vender la licencia de la formula para que la usen otras empresas.
Otros dos materiales -uno de ellos una mezcla de sales mejorada, y el otro, una forma de cristal- pueden operar a temperaturas mucho más elevadas, reduciendo la cantidad de material de almacenaje necesario y mejorando potencialmente la eficiencia.
“Si no dispones de una capacidad increíble para cribar muestras, es un problema irresoluble. Eso es lo que intentamos lograr con nuestra técnica de cribado de alto rendimiento”, afirma Justin Raade, director general de Halotechnics.
Si las sales fundidas convencionales se derriten a 300°C y pueden funcionan hasta los 565°C, Halotechnics ha desarrollado una sal fundida que tiene el mismo punto de fusión, pero es capaz de funcionar a temperaturas de 700°C. El material se está probando para determinar su compatibilidad a largo plazo con las tuberías de acero y los contenedores que se usan en los sistemas de almacenaje, y la empresa piensa empezar con pruebas piloto dentro de 18 meses. Mientras los materiales existentes en la actualidad limitan las plantas termosolares a usar turbinas con una eficiencia del 42 por ciento, este material se podría usar en conjunción con turbinas de vapor con un 48 por ciento de eficiencia. Se está desarrollando un sistema de almacenaje que sirva para este material como parte de un proyecto del Laboratorio Nacional de Energías Renovables dentro de la iniciativa SunShot.
El último material es una clase de cristal que se funde a 400°C (el cristal una ventana estándar se funde a 600°C) y es capaz de funcionar hasta a 1.200°C. Se podría usar para calentar aire que hiciera funcionar una turbina de gas y que el calor sobrante sirviera para hacer funcionar una turbina de vapor, como se hace en las plantas de gas natural de ciclo combinado. Este tipo de sistema podría tener una eficacia del 52 por ciento usando los diseños de turbina existentes. (Las plantas de ciclo combinado de gas natural alcanzan una eficacia del 60 por ciento, pero el gas natural se quema a temperaturas superiores a esos 1.200°C).
Con el tiempo, estos materiales quizá incluso permitan la creación de una nueva forma de combustible renovable para automóviles. A 1.200°C el cristal podría servir de vehículo para algunas de las reacciones químicas necesarias para hacer combustibles como hidrógeno y gasolina fabricados a partir de agua y dióxido de carbono.
Sin embargo, operar a temperaturas tan elevadas implica retos de ingeniería, entre los que se cuenta el de encontrar materiales relativamente baratos para contener el cristal fundido. La comercialización de esta tecnología probablemente tendrá que esperar aún muchos años.