Una solución dulce al problema del almacenamiento de energía térmica

Mientras que científicos e investigadores buscan nuevas formas de reducir la dependencia de los combustibles fósiles y disminuir la cantidad de CO2 que se emite a la atmósfera, a menudo se pasa por alto la cuestión de cómo almacenar el calor. Por ejemplo, aunque se ha dedicado mucho trabajo de investigación a la recolección y al uso de energía solar y eólica, no se ha trabajado tanto en buscar respuestas a cómo almacenar la energía excedente para cuando no brilla el sol o no sopla el viento.

Tradicionalmente, la solución para dicho almacenamiento han sido las baterías o, en algunos casos, el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, dos soluciones que distan de ser perfectas. De hecho, algunas de sus ineficiencias pueden anular por completo las ventajas ambientales de utilizar la energía solar o eólica.

Una solución posible al problema del almacenamiento es convertir la energía en energía térmica y almacenarla en instalaciones adecuadas para este fin, que se ha demostrado que suelen ser más eficientes, mejores a la hora de capturar el calor residual y capaces de generar energía con un coste menor. Sin embargo, para poder utilizar la energía térmica de forma generalizada, se necesita investigar tecnologías de almacenamiento rentables y de alta densidad.

Esta fue, precisamente, la finalidad de los investigadores del proyecto SAM.SSA, financiado por la Unión Europea.

Pensar de forma creativa

El objetivo del proyecto fue desarrollar nuevos materiales de cambio de fase (PCM) para aplicaciones de almacenamiento estacional de energía térmica (STES) en el rango de temperaturas medias. Los investigadores querían utilizar materiales de bajo coste, respetuosos con el medio ambiente, seguros y fáciles de utilizar. Además, estos materiales debían ser aptos para servir como solución de almacenamiento a largo plazo, con niveles de pérdidas térmicas apreciablemente menores que las opciones disponibles actualmente.

Este fue un enfoque innovador para abordar el problema, ya que, por lo general, los PCM no se consideran una opción para el STES. Esto se debe a sus densidades de energía, que son insuficientes, y al riesgo de solidificación durante el almacenamiento, un fenómeno provocado por un aislamiento inadecuado para mantener las temperaturas por encima del punto de fusión.

El material mágico

Para SAM.SSA, el material «mágico» para superar el problema de los PCM fue el alcohol de azúcar, un producto residual habitual y disponible en abundancia procedente del sector de la alimentación. También se conocen como alcoholes de azúcar basados en aleaciones moleculares (MASA) y permiten ajustar el punto de fusión, lo cual da como resultado una densidad de energía notablemente mayor. Según un artículo reciente publicado en «The Journal of Physical Chemistry», al mezclar azúcares de alcohol con nanotubos de carbono se obtiene un material capaz de almacenar energía renovable en forma de calor.

El proyecto se centró en los alcoholes de azúcar, ya que permiten niveles elevados de sobreenfriamiento, lo cual minimiza el riesgo de solidificación espontánea del PCM. También reducen los requisitos de aislamiento, así como las pérdidas térmicas durante el almacenamiento a largo plazo. Mediante la aplicación de un shock térmico o ultrasonidos, se induce la nucleación y la posterior cristalización, lo cual permite descargar la energía del sistema de almacenamiento de forma sencilla y eficiente.

Los cimientos de futuros diseños

Al mezclar nanotubos de carbono de distintos tamaños con dos tipos de alcoholes de azúcar (eritritol y xilitol), los investigadores encontraron que, salvo con una excepción, la transferencia de calor dentro de una mezcla disminuía al reducir el diámetro de los nanotubos. También observaron que, por norma, las combinaciones con mayor densidad daban lugar a una mejor transferencia del calor. Estos hallazgos son importantes porque suponen los cimientos para el diseño futuro de sistemas de almacenamiento de energía.

Al finalizar el proyecto, los investigadores habían creado un prototipo en fase temprana para tratar alcohol de azúcar puro o mezclas de alcoholes de azúcares para lograr la cristalización. Los investigadores de SAM.SSA ya disponen de los conceptos básicos para realizar nuevos prototipos así como de estrategias de explotación, y se muestran optimistas sobre el uso de MASA como solución a los problemas de almacenamiento de energía térmica.

Para más información, consulte:
Página web del proyecto SAM.SSA