Una solución ‘en caliente’ para el almacenamiento energético

Desde hace años tenemos en España grandes centrales termosolares que utilizan sales fundidas para almacenar calor y generar electricidad. Ahora una nueva generación de tecnologías comienza a abrirse paso en el mercado con ese mismo propósito, pero en dimensiones más accesibles. Las baterías térmicas aprovechan los excedentes de energía renovable en las horas en que la electricidad es más barata, así como el calor residual de los procesos industriales, para calentar determinados materiales, conservar esa energía y liberarla justo cuando una fábrica la necesita.Nada tienen que ver con las baterías electroquímicas tradicionales (como las de iones de litio), cuyo fin es guardar electricidad para devolver electricidad. Aquí se busca calor directo. Por eso, estas baterías térmicas pueden ser la pieza clave para aquellas industrias intensivas que necesitan descarbonizarse y ahorrar en su factura energética, pero carecen del pulmón financiero o del espacio necesario para desplegar complejas plantas termosolares. Nuevos sistemas que resultan muy atractivos para procesos de secado, limpieza o de esterilización, por ejemplo, y en sectores como el alimentario y de bebidas, conservero, papel y cartón, vidrio, farmacéutico, químico, siderúrgico y metalúrgico.Algunas de estas soluciones ya se están comercializando y otras se encuentran en fases piloto. «Son una realidad», asegura Iñigo Careaga, responsable de Estrategia del CIC enegiGUNE, un centro de investigación para almacenamiento de energía electroquímica y térmica del Gobierno Vasco. «Con el tiempo se usarán cada vez más porque resultan más sostenibles tanto desde el punto de vista medioambiental como económico. Por eso, son muy relevantes para la industria», comenta.De momento, un puñado de empresas se han embarcado en llevar las baterías térmicas al mercado. En España destacan las sevillanas Build to Zero y RPow, junto a la navarra Greendur. Compiten en un tablero internacional donde operan firmas como la noruega EnergyNest, la alemana Kraftblock, las estadounidenses Rondo Energy y Antora Energy, o la australiana MGA Thermal.Para conseguir almacenamiento térmico, se aprovecha la capacidad de acumular calor de diferentes tipos de materiales. Existen tres familias. El calor se puede guardar en sales fundidas, cerámicas, hormigón refractario, aceites, arenas o sencillamente agua (almacenamiento sensible). Estas soluciones son las más maduras comercialmente y ya operan en diferentes industrias. «Hay materiales como los grafitos que pueden llegar a almacenar temperaturas de 1.000 °C. Pero son sistemas que tienen que ser grandes; solo merecen la pena a partir de ciertos volúmenes de energía almacenada», comenta Andrés Barros, fundador y presidente de la ingeniería sevillana RPow.Futuro prometedorEl foco está puesto en lo que se conoce como materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés), como ceras, alcoholes, azúcares o sales hidratadas. Estos compuestos absorben o liberan una enorme cantidad de energía cuando pasan de estado sólido a líquido o viceversa (almacenamiento latente). Actualmente existen diversos demostradores a escala piloto y su futuro es muy prometedor. «La idea es que los materiales PCM sirvan más adelante para todos los rangos de temperatura», apunta Barros. «Son la punta de lanza dentro del almacenamiento térmico. Buscamos mejorar el rendimiento de estos materiales con respecto a los tradicionales que conservan calor pero con ciertas limitaciones. Uno de los grandes retos es que tenga la mayor vida útil posible, porque a medida que se utilizan se degradan y almacenan menos calor. Tienen mucho futuro en la industria y en el hogar. De hecho, ya algunas nuevas construcciones los incorporan a las paredes o cubiertas de las casas, para almacenar calor», cuenta Careaga.Y por último está lo que se conoce como almacenamiento termoquímico, que se basa en reacciones químicas. Es una tecnología con un potencial altísimo a largo plazo, aunque todavía se encuentra en fase de investigación en laboratorio.Son sistemas más sostenibles desde el punto de vista económico y medioambientalUna de las líneas estratégicas más potentes de CIC energiGUNE es recuperar el calor residual de las industrias para almacenarlo y reutilizarlo a demanda. Industrias como la del hierro, el acero, el cemento, el vidrio, la forja o la fundición son grandes consumidoras de energía a altas temperaturas, y se estima que en la mayoría de sus procesos pierden entre un 20 y un 50 % de esa energía en forma de calor: gases de escape, procesos de combustión química, refrigeración por agua, etc. «Al reutilizar ese calor se puede obtener una enorme reducción en el suministro de energía primaria, junto con la obvia reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Y permite desacoplar la fuente de calor (que suele ser intermitente) de su suministro, logrando un uso de la energía bajo demanda», explica Careaga.Este centro de investigación ha desarrollado una novedosa tecnología aprovechando las escorias de las acerías para almacenar calor dentro del proyecto europeo ReSlag. La iniciativa ha terminado con la construcción de un prototipo para las instalaciones de ArcelorMittal en Sestao (Vizcaya). «Son residuos sin coste a los que se les da una segunda vida. Esperamos industrializar este sistema en cinco o diez años», dice Careaga.Las soluciones modulares de almacenamiento energético están llegando a industrias más pequeñas de la mano de empresas como RPow. Esta compañía está a punto de instalar su primer proyecto comercial en una industria cervecera (Cerveza Gran Vía) y cuenta con una batería de propuestas en cartera a la espera de los fondos europeos de las subastas de calor (IF26).Como un LegoEl sistema de RPow utiliza un fluido térmico basado en sales ternarias inorgánicas que permanecen líquidas. En las horas en que la electricidad renovable es más barata se calientan las sales desde 200°C hasta 415°C en un tanque HV heat mediante resistencias eléctricas. Cuando la fábrica necesita calor, se hace circular agua para generar vapor, retornando las sales a 200 °C. Volverán a subir de temperatura cuando la electricidad se encuentra en precios bajos. «Es como un Lego», ilustra Andrés Barros. «Muchas industrias pequeñas y medianas necesitan este tipo de soluciones compactas. Nuestro tanque estándar mide unos 3 metros de diámetro por 4 metros de altura y ofrece 4 MWh de capacidad de almacenamiento. Es fácil de transportar e instalar. Son soluciones flexibles y sostenibles que ayudan a dar estabilidad a la red eléctrica cuando hay excedentes renovables y falta de demanda, contribuyen a la descarbonización de la industria y además ayudan a la independencia energética de tal manera que las fábricas no dependen de agentes externos».Se utilizan diversos materiales desde sales fundidas o hormigón refractario a aceites y alcoholesTambién la empresa navarra Greendur opera en este segmento modular. Sus baterías térmicas utilizan materiales de cambio de fase. «Nuestra solución es un contenedor del tamaño de 20 pies (6,1 metros), como medio trailer estándar. En lugar de descarbonizar toda una planta, permite atacar solo en la parte de consumo energético más relevante. Por tanto, la inversión es más reducida, se amortiza ágilmente y ahorra en la factura energética. Además se puede replicar dentro de la misma fábrica», explica Jesús Castillo, fundador y CEO de Greendur. El módulo de Greendur tiene una capacidad de almacenamiento de 3MWh, alcanzando temperaturas de hasta 400ºC. «Cambiamos entre sólido y líquido y evitamos problemas de congelación y corrosión», dice Castillo.Mientras estas soluciones modulares ganan terreno en industrias más pequeñas, el innovador proyecto Thesilo está arrancado para dar respuesta a mayor escala. En este caso, se trata de reconvertir los antiguos silos de hormigón, donde se guardaba el cereal en muchos pueblos de España y que hoy están en desuso, en baterías gigantes de calor. Es una iniciativa transfronteriza enmarcada en la Eurorregión Extremadura-Alentejo-Centro y coordinada por el Centro Ibérico de Investigación en Almacenamiento Energético (CIIAE), en colaboración con la Universidad de Coímbra y varios institutos politécnicos portugueses.La Red Nacional de Silos y Graneros cuenta con 672 en nuestro país, a las que se suman 31 silos en Portugal, localizados principalmente en la región del Alentejo. Son infraestructuras abandonadas ubicadas en zonas agrícolas «que coinciden exactamente con los puntos de mayor producción fotovoltaica del país», señala Breogan Pato, investigador de este proyecto en el CIIAE. En los momentos de más insolación, mucha de esa energía se pierde. «El problema actual de la red eléctrica es que no puede canalizar toda esa electricidad hacia los grandes centros de consumo como Madrid. Tiene todo el sentido aprovechar esa energía que hoy se pierde en la misma zona donde se produce», indica. «Además, estas zonas de frontera están menos industrializadas. Si consigues ofrecer calor limpio y barato a una empresa que quiera instalarse, es un punto a favor muy potente para la fijación de tejido productivo», apunta.El silo de Torremocha donde se instalará el primer prototipo de almacenamiento térmico del proyecto ThesiloRevalorizar residuosAsí que los silos pueden ser una oportunidad, como ha ocurrido en Finlandia que han aprovechado una de estas catedrales de hormigón para almacenar calor en áridos. En nuestro caso, la idea es valorizar residuos locales. «Queríamos una solución low cost con infraestructuras como los silos que no se utilizan y dar salida a los residuos. Evaluamos utilizar residuos de canteras de la zona y vidrio reciclado procedente de los paneles fotovoltaicos que se vayan retirando», dice el investigador. Con un presupuesto de un millón de euros, el proyecto se encuentra en fase de licitación para levantar su primer prototipo demostrador en Torremocha (Cáceres). «En un año estará operando como prueba de concepto para evaluar las pérdidas de calor y el coste real», aclara Breogan Pato. Aunque en el modelo finlandés el principal éxito consistió en alimentar calefacciones urbanas y piscinas municipales, el proyecto Thesilo ha puesto el foco en la industria de la transformación de alimentos. «El 70 % de la industria de la zona son conserveras, procesado de tomate o fábricas de cartón que utilizan vapor de agua como fluido térmico. Es ahí donde el sistema cobra todo el sentido», apunta.Así las baterías térmicas se configuran como la nueva generación de almacenamiento de calor que transformará la industria en su camino a la descarbonización.