A las eléctricas les encantaría poder almacenar la energía generada por las instalaciones eólicas de noche (cuando nadie la necesita) y usarla cuando la demanda sea alta durante el día. Pero la tecnología de baterías convencionales es tan cara que sólo tiene sentido económico almacenar unos minutos de electricidad, lo suficiente para compensar algunas fluctuaciones en las ráfagas de viento.
Investigadores de la Universidad de Harvard (EEUU) afirman haber desarrollado un nuevo tipo de batería que podría hacer que almacenar un par de días de electricidad eólica o de otro tipo resultase económico. La nueva batería, que se describe en la revista Nature, se basa en una molécula orgánica, denominada quinona, que se encuentra en plantas como el ruibarbo y que se puede sintetizar de forma barata partiendo de petróleo en crudo. Las moléculas podrían reducir a la tercera parte el coste del almacenaje de materiales en el caso de un tipo de batería llamada batería de flujo, que está especialmente bien adaptada para almacenar grandes cantidades de energía.
Si esta batería consigue resolver el problema de la intermitencia de fuentes de energía como la eólica y la solar, la tecnología permitirá una mayor dependencia de las energías renovables. Este tipo de baterías también pueden reducir la cantidad de centrales eléctricas necesarias en la red, lo que permitiría operar con mayor eficiencia, muy parecido a cómo la batería de un vehículo híbrido mejora la economía de combustible.
En una batería de flujo, la energía se almacena en forma líquida en grandes tanques. Este tipo de baterías se usan desde hace décadas, y en sitios como Japón sirven para manejar la red eléctrica, pero son caras (unos 700 dólares por kilovatio-hora de capacidad de almacenaje, según algunos cálculos, aproximadamente 515 euros). Para conseguir que almacenar las horas de energía de las centrales eólicas sea económico, las baterías tienen que costar apenas 100 dólares por kilovatio-hora (unos 74 euros), según el Departamento de Energía de Estados Unidos.
Los materiales para almacenaje de energía representan sólo una fracción del coste total de una batería de flujo. El vanadio, el material que se usa habitualmente en la actualidad, cuesta unos 80 dólares por kilovatio-hora (unos 59 euros). Pero es lo suficientemente caro como para que alcanzar el objetivo de los 100 dólares para todo el sistema sea imposible. El profesor de materiales y tecnologías de energía de la Universidad de Harvard Michael Aziz, que ha dirigido el trabajo, afirma que las quinonas reducirán el coste de los materiales de almacenaje de energía a apenas 27 dólares por kilovatio-hora (unos 20 euros). Junto con otros avances recientes que sirven para abaratar el coste del resto del sistema, afirma, se podría llegar a cumplir con el objetivo del Departamento de Energía.
El trabajo de Harvard representa la primera vez que los investigadores demuestran baterías de flujo de alto rendimiento que usan moléculas orgánicas en vez de los iones de metal, que es lo habitual. Las quinonas se pueden modificar fácilmente, lo que permite mejorar su rendimiento y reducir aún más los costes. "Las opciones de iones de metal ya estaban bastante estudiadas", explica Aziz. "Ahora hemos introducido una amplia gama de nuevos materiales".
Tras identificar las quinonas como potenciales moléculas para almacenar electricidad, los investigadores de Harvard usaron técnicas de cribado de gran rendimiento para analizar 10.000 variantes, buscando las que tuvieran las propiedades adecuadas para una batería, como los niveles de voltaje adecuados, la capacidad de soportar cargas y descargas, y la capacidad para disolverse en agua para poder almacenarse en tanques de líquido.
Por el momento los investigadores sólo están usando las quinonas para el polo negativo de la batería. El polo positivo usa bromo, un material tóxico y corrosivo. Los investigadores están desarrollando nuevas versiones de las quinonas capaces de sustituir al bromo.
Los científicos de Harvard están trabajando con la start-up Sustainable Innovations para desarrollar una batería del tamaño de un tráiler para caballos que se pueda usar para almacenar energía de paneles solares en edificios comerciales.
Los investigadores aún tienen que demostrar que los nuevos materiales son lo suficientemente resistentes como para durar los 10 a 20 años que las eléctricas quieren que duren las baterías, explica el profesor de ingeniería e ingeniería química de la Universidad Case Weste Reserve (EEUU), Robert Savinell, que no tiene relación con el trabajo de Hartvard. Savinell afirma que los resultados de durabilidad iniciales para las quinonas son prometedores, y asegura que "sin duda" los nuevos materiales pueden ser lo suficientemente baratos para baterías que almacenen días de electricidad de centrales eólicas. Y según Savinell, los materiales "probablemente se puedan comercializar dentro de relativamente poco tiempo", en unos pocos años.
Los investigadores se enfrentan a competencia de otras start-ups que están desarrollando baterías de flujo más baratas, como EnerVault y Sun Catalytix. Sun Catalytix está desarrollando moléculas inorgánicas para mejorar el rendimiento y bajar el precio, aunque no ha dado demasiadas explicaciones al respecto. EnerVault usa hierro y cromo como materiales de almacenaje y está desarrollando formas de reducir el coste de todo el sistema.