Concepto do proxecto AMADEUS IES-UPM
A ciencia leva anos reclamando abandonar os combustibles fósiles e abrazar as enerxías renovables para afrontar a crise climática que ameaza a supervivencia do planeta. Cos prezos da electricidade máis altos da historia, todos os ollos están postos, agora máis que nunca, en enerxías como a solar e a eólica.
Pero hai un problema tecnolóxico: non existe un sistema capaz de almacenar e producir esta enerxía baixo demanda de forma económica. Un grupo de investigadores españois parece que deu coa solución ao descubrir un sistema de baterías fotovoltaicas con enorme potencial de almacenamento durante longos períodos de tempo a baixo custo e de proporcionar calor e electricidade baixo demanda.
O achado é obra de investigadores do Instituto de Enerxía Solar da Universidade Politécnica de Madrid (IES-UPM). Descrito nun artigo titulado ‘Baterías termofotovoltaicas de calor latente’ e publicada na revista científica Joule, o sistema utiliza a xeración excedente a partir de enerxías renovables intermitentes, como a solar ou a eólica, para fundir metais baratos, como o silicio ou as aliaxes de ferrosilicio, a temperaturas superiores aos 1.000º C.
As aliaxes de silicio poden almacenar grandes cantidades de enerxía durante o seu proceso de fusión. Este tipo de enerxía chámase “calor latente”.
Por exemplo, un litro de silicio almacena máis dun kWh de enerxía en forma de calor latente, que é precisamente a cantidade de enerxía que contén un litro de hidróxeno presurizado a 500 bar. Con todo, a diferenza do hidróxeno, o silicio pódese almacenar a presión atmosférica, o que fai que o sistema sexa potencialmente máis económico e seguro.
O sistema, que xa foi patentado polos investigadores da UPM, combina os efectos termiónico e fotovoltaico para lograr a conversión directa da calor en electricidade.
A diferenza das máquinas térmicas convencionais, este sistema non require contacto físico coa fonte térmica, xa que se basea na emisión directa de electróns (efecto termiónico) e de fotóns (efecto termofotovoltaico).
Vista do interior dunha batería termofotovoltaica de calor latente desenvolvida no Proxecto AMADEUS e dispoñible no IES-UPM / IES-UPM
Unha clave do sistema refírese á forma en que a calor almacenada convértese en electricidade. Cando o silicio fúndese a máis de 1.000º C brilla como o sol. Por tanto, é posible volver converter a calor irradiada en electricidade utilizando células fotovoltaicas.
Os chamados xeradores termofotovoltaicos son como instalacións fotovoltaicas en miniatura que poden producir ata 100 veces máis potencia que unha planta de enerxía solar convencional. Noutras palabras: se un metro cadrado de panel solar produce 200 W, un metro cadrado de panel termofotovoltaico produce 20 kW. E non só a potencia é maior; a eficiencia, tamén.
Porque a eficiencia das células termofotovoltaicas oscila entre o 30 e o 40% en función da temperatura da fonte de calor, mentres que os paneis solares fotovoltaicos comerciais teñen eficiencias de entre o 15% e o 20%. A metade.
O uso de xeradores termofotovoltaicos, en lugar de motores térmicos convencionais (como os ciclos Stirling, Brayton ou Rankine), evita o uso de partes móbiles, fluídos ou intercambiadores de calor complexos. Desta forma, todo o sistema pode facerse económico, compacto e silencioso. Todo son vantaxes.
Segundo o estudo, as baterías termofotovoltaicas de calor latente poderían almacenar grandes cantidades de excedentes de electricidade renovable. “Gran parte desta electricidade producirase cando non haxa demanda, polo que venderase moi barata no mercado eléctrico”, sinala Alejandro Datas, investigador do IES-UPM que lidera o proxecto.
“É fundamental almacenar esta electricidade nun sistema moi barato, xa que non tería sentido almacenar algo tan barato nunha caixa moi cara. Por iso, almacenar electricidade excedente en forma de calor ten moito sentido, xa que é unha das formas máis baratas de almacenar enerxía”, continúa o investigador.
En particular, as aliaxes de silicio e ferrosilicio poden almacenar enerxía a un custo de menos de 4 euros por kWh, o que é 100 veces máis barato que as actuais baterías estacionarias de ións de litio.
É certo que o custo total será maior tras incorporar o contedor e o illamento térmico, pero tamén, como detalla o estudo, que sería posible alcanzar “custos ao redor dos 10 euros por kWh se o sistema é suficientemente grande, tipicamente máis de 10 MWh, xa que o custo do illamento térmico sería unha pequena fracción do custo total do sistema”.
O feito de que só unha fracción da calor almacenada con estas baterías de calor latente convértase novamente en electricidade non é necesariamente un problema. “Se o sistema é o suficientemente barato, bastaría con recuperar só o 30 ou o 40% da enerxía en forma de electricidade para que sexan preferibles a outras tecnoloxías máis caras, como as baterías de ións de litio”, apuntan os investigadores.
O 60 ou 70% da calor que non se converte en electricidade, ademais, podería entregarse directamente a edificios, fábricas ou cidades, o que reduciría o consumo de gas natural.
A calor representa máis do 50% da demanda mundial de enerxía e o 40% das emisións mundiais de CO2. Deste xeito, o almacenamento de enerxía eólica ou fotovoltaica en baterías termofotovoltaicas de calor latente non só permitiría un aforro substancial de custos, senón que tamén satisfaría parte desta gran demanda de calor a través de fontes renovables.
Por tanto, “desenvolver este tipo de sistemas pode ser clave para reducir a nosa dependencia dos combustibles fósiles, non só no sector eléctrico, senón tamén no térmico”, conclúe Datas.
FONTE: Ramón Díaz/farodevigo.es/medio-ambiente
