A medida que el uso mundial de electricidad renovable se dispara, superando por primera vez al carbón, crece a la par la necesidad de almacenar esa energía cuando no hay sol ni viento.
Mientras algunos recurren a baterías de litio a gran escala y otros a centrales hidroeléctricas de bombeo, una industria pequeña pero en auge está convencida de que existe una solución aún mejor: baterías que utilizan aire.
Cerca del pueblo de Carrington, en el noroeste de Inglaterra, se están sentando las bases para la primera instalación comercial del mundo de almacenamiento de energía mediante aire líquido.
El complejo se convertirá en un conjunto de maquinaria industrial y varios tanques de almacenamiento de gran tamaño, llenos de aire comprimido y enfriado hasta convertirse en líquido, utilizando el excedente de energía renovable para cubrir la demanda.
La energía almacenada se podrá liberar posteriormente cuando la demanda supere la oferta.
Si el proyecto tiene éxito, otros seguirán su ejemplo. Sus promotores, la empresa Highview Power, confían en que el almacenamiento de energía mediante aire líquido ayudará a los países a sustituir los combustibles fósiles por energías renovables limpias, aunque por ahora la tecnología sigue siendo costosa.
Sin embargo, a medida que crece la necesidad de almacenar energía limpia, apuestan a que la balanza se inclinará a favor del aire líquido.
El problema de la intermitencia
La transición a las energías renovables es fundamental para que el mundo reduzca las emisiones de gases de efecto invernadero y evite los peores impactos del cambio climático. Sin embargo, esto plantea desafíos para las redes eléctricas.
Las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles como el carbón y el gas pueden encenderse y apagarse prácticamente a voluntad, ofreciendo un suministro de electricidad predecible que se ajusta a la demanda.
En cambio, las energías renovables son intermitentes. Esto significa que a veces no generan suficiente electricidad, lo que conlleva el riesgo de cortes de luz, y otras veces hay un exceso —como en días de mucho viento— algo que podría dañar la red.
Una parte importante de la solución consiste en almacenar el excedente de energía para poder liberarlo cuando sea necesario. Esto ayuda a garantizar un suministro fiable y minimiza el riesgo de daños a la red.
A medida que se ha incrementado el uso de energías renovables, se ha vuelto cada vez más importante desarrollar capacidad de almacenamiento a escala de red, afirma Shaylin Cetegen, ingeniera química del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que estudia sistemas de almacenamiento de energía.
Durante décadas, la principal forma de almacenamiento de energía ha sido la hidroeléctrica de bombeo. El excedente de electricidad se utiliza para bombear agua cuesta arriba, donde se almacena tras una presa.
Cuando se necesita energía, el agua fluye a través de turbinas, generando electricidad. En 2021, el mundo contaba con 160 gigavatios de capacidad hidroeléctrica de bombeo.
Más recientemente, a medida que ha aumentado la demanda de almacenamiento de energía, se han construido sistemas de almacenamiento de baterías a gran escala.
Este proceso se está desarrollando rápidamente y se está acelerando. Según la Agencia Internacional de la Energía, el almacenamiento de baterías a escala de red pasó de 1 GW en 2013 a más de 85 GW en 2023, con más de 40 GW añadidos solo en 2023.
El almacenamiento de energía mediante aire líquido, por el contrario, es una tecnología relativamente nueva. La idea básica existe desde 1977, pero recibió poca atención hasta este siglo.
La solución de aire líquido
El proceso funciona en tres etapas. Primero, se toma aire del entorno y se limpia. En segundo lugar, el aire se comprime repetidamente hasta alcanzar una presión muy alta. En tercer lugar, se enfría hasta licuarse mediante un intercambiador de calor multicanal: un dispositivo con múltiples canales y tubos que transportan sustancias a diferentes temperaturas, lo que permite la transferencia controlada de calor entre ellos.
"La energía que obtenemos de la red alimenta este proceso de carga", explica Cetegen.
Cuando la red necesita energía adicional, el aire licuado se utiliza. Se extrae del almacenamiento y se evapora, volviendo a su estado gaseoso. Luego se emplea para accionar turbinas, generando electricidad para la red. Posteriormente, el aire se libera de nuevo a la atmósfera.
Existen algunas ingeniosas técnicas de ahorro energético durante el proceso. Por ejemplo, los gases a alta presión se calientan, por lo que la compresión del aire genera calor.
Este calor se puede utilizar para ayudar a recuperar el estado líquido del aire en la segunda parte del proceso. "Sin estos ciclos de recuperación térmica, la eficiencia del proceso ronda el 50%, pero al implementarlos, podemos superar el 60%, acercándonos al 70%", afirma Cetegen.
El reto consiste en desplegar suficiente almacenamiento de energía mediante aire líquido para acelerar significativamente la transición ecológica.
Una solución provisional a escala de red
La nueva planta de Manchester es la primera iniciativa a escala comercial del mundo. Está siendo construida por Highview Power, empresa que lleva 20 años desarrollando sistemas de almacenamiento de energía mediante aire líquido.
Sigue la estela de una planta piloto en la cercana localidad de Pilsbury. La planta de Carrington podrá almacenar 300 megavatios-hora de electricidad, suficiente para cubrir un breve corte de suministro eléctrico para hasta 480.000 hogares.
Entrará en funcionamiento en dos fases, según explica el director ejecutivo, Richard Butland.
En agosto de 2026, está previsto que la turbina comience a operar. Esta no generará electricidad, pero contribuirá a estabilizar la red eléctrica.
Según Butland, actualmente los operadores de la red eléctrica recurren a veces a la puesta en marcha de centrales de gas para estabilizar la red. "Esto supone un coste enorme para el sistema", afirma. Al ofrecer un método alternativo de estabilización, "podemos evitar que lo hagan".
Se prevé que el sistema de almacenamiento de energía mediante aire líquido comience a operar en 2027. Highview tiene la intención de obtener ganancias vendiendo electricidad a la red cuando más se necesite.
O sea, aunque el almacenamiento de energía es una tecnología esencial, su viabilidad económica es compleja, afirma Cetegen.
En un estudio publicado en marzo, ella y sus colegas evaluaron la viabilidad del almacenamiento de energía mediante aire líquido en 18 regiones de Estados Unidos.
Compararon ocho escenarios diferentes de descarbonización, con distintos niveles de adopción de energías renovables. En todos los casos, estimaron la rentabilidad que un proyecto podría obtener mediante la compraventa de electricidad durante un período de 40 años.
Florida y Texas
En el escenario de descarbonización más ambicioso, el almacenamiento de energía mediante aire líquido resultó viable en Florida y Texas, pero no en ningún otro lugar.
"No observamos ningún sistema económicamente viable en los demás escenarios de descarbonización", señala Cetegen.
Aunque esto podría interpretarse erróneamente como "un resultado negativo", Cetegen enfatiza que no significa que el almacenamiento de energía mediante aire líquido sea una mala idea.
Para empezar, sus métodos eran deliberadamente conservadores, y su estudio reveló que otras formas de almacenamiento de energía, como la hidroeléctrica de bombeo y las baterías, eran aún menos viables económicamente.
Más concretamente, el principal problema era que las instalaciones de almacenamiento no generaban muchos beneficios en sus primeros años, porque no había suficientes energías renovables en la red eléctrica estadounidense como para impulsar la volatilidad de los precios.
"El sistema no se utilizaba mucho en los primeros años [del modelo]", afirma.
Cetegen destaca un último argumento a favor del almacenamiento de energía mediante aire líquido: su bajo costo.
Las tecnologías de almacenamiento de energía suelen evaluarse mediante un indicador denominado "costo nivelado de almacenamiento", que estima el costo de cada unidad de energía almacenada durante la vida útil del proyecto.
En el caso del aire líquido, este costo puede ser tan bajo como US$45 por megavatio-hora, en comparación con los US$120 del almacenamiento hidroeléctrico por bombeo y los US$175 dólares de las baterías de iones de litio.
"Si bien ninguno de estos métodos de almacenamiento es económicamente viable en la actualidad sin apoyo político, el almacenamiento de energía mediante aire líquido se destaca como una opción particularmente rentable para el almacenamiento a gran escala", afirma Cetegen.
En última instancia, Butland prevé que las redes eléctricas dependerán de una combinación de tecnologías de almacenamiento. El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo es extremadamente eficaz y funciona durante décadas, pero depende de la ubicación, ya que requiere un suministro de agua.
Por otro lado, las baterías son altamente eficientes y pueden ubicarse en cualquier lugar, pero deben reemplazarse después de aproximadamente 10 años. El aire líquido tiene la ventaja de poder almacenar energía durante más tiempo que las baterías, con mínimas pérdidas.
A medida que un país inicia la transición hacia la energía verde, su red eléctrica necesita ser remodelada para adaptarse. "Estamos reconstruyendo todas las redes a nivel mundial, basándonos en la nueva generación", afirma Butland. Y eso bien podría implicar una gran cantidad de almacenamiento de energía mediante aire líquido.
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