El eslabón perdido en la transición hacia las energías renovables

El panorama energético mundial está experimentando una profunda transformación. Impulsadas por ambiciosos objetivos de descarbonización y una creciente demanda energética, las fuentes de energía renovables —en particular la energía solar fotovoltaica y la eólica— se están convirtiendo en la columna vertebral de la generación eléctrica. En muchos países, las energías renovables ya representan una parte significativa de la capacidad de generación instalada, y se prevé que su contribución siga aumentando en las próximas décadas.

Esta transición también plantea un reto fundamental: la energía renovable es intrínsecamente intermitente. La generación solar alcanza su máximo durante las horas diurnas, independientemente de la demanda de electricidad, mientras que la producción eólica depende de las condiciones meteorológicas, que pueden fluctuar en cuestión de minutos, días o incluso estaciones. A medida que aumenta la penetración de las energías renovables, equilibrar la oferta y la demanda de electricidad se vuelve cada vez más complejo.

Por lo tanto, mantener la estabilidad de la red requiere tecnologías capaces de almacenar el exceso de electricidad renovable cuando la producción supera la demanda y de devolverla a la red cuando la generación es insuficiente. El almacenamiento de energía ya no es simplemente una mejora operativa, sino que se está convirtiendo en un componente crítico de la infraestructura del sistema eléctrico del futuro.

Las baterías de iones de litio se han consolidado como la tecnología dominante de almacenamiento de energía durante la última década. Su elevada eficiencia de ciclo completo, sus rápidos tiempos de respuesta y sus costes en constante descenso las han convertido en la solución preferida para aplicaciones como la regulación de frecuencia, la reducción de picos de demanda y la integración a corto plazo de energías renovables.

Sin embargo, la tecnología de iones de litio presenta limitaciones prácticas. La mayoría de los sistemas comerciales están diseñados para proporcionar entre una y cuatro horas de descarga, lo que los hace muy eficaces para el equilibrio diario de la carga, pero menos adecuados para hacer frente a déficits prolongados de energía renovable o a fenómenos meteorológicos que duran varios días.

A medida que los sistemas eléctricos avanzan hacia una penetración de las energías renovables superior al 60 %, estos períodos más largos de baja generación renovable cobran cada vez más importancia. La red eléctrica requiere tecnologías de almacenamiento capaces de desplazar la energía no solo a lo largo de horas, sino a lo largo de días enteros o incluso semanas.

Esta necesidad emergente ha dado lugar al concepto de almacenamiento de energía de larga duración (LDES), definido generalmente como sistemas de almacenamiento capaces de suministrar electricidad de forma continua durante más de ocho horas, con muchas tecnologías que se extienden a decenas o incluso cientos de horas.

En lugar de sustituir a las baterías de iones de litio, el LDES puede ser una tecnología complementaria. Los sistemas basados en litio siguen siendo la solución óptima para aplicaciones de corta duración, mientras que el almacenamiento de larga duración proporciona la capacidad energética necesaria para una profunda integración de las energías renovables y una mayor resiliencia de la red.

En conjunto, estas tecnologías forman una arquitectura de almacenamiento por capas capaz de respaldar un sistema eléctrico fiable y con bajas emisiones de carbono de cara a la descarbonización.

El panorama de los sistemas de almacenamiento de energía a largo plazo (LDES) abarca una amplia gama de tecnologías, cada una de ellas optimizada para diferentes duraciones, escalas y condiciones de funcionamiento.

Las tecnologías electroquímicas, entre las que se incluyen las baterías de flujo y los sistemas de metal-aire, ofrecen una capacidad energética escalable al separar el almacenamiento de energía de la conversión de potencia, lo que permite un funcionamiento económico durante varias horas y varios días.

La tecnología más madura de esta categoría es la batería de flujo redox de vanadio (VRFB). Al utilizar diferentes estados de oxidación del vanadio en ambos electrolitos, las VRFB eliminan los problemas de contaminación cruzada, al tiempo que ofrecen una larga vida útil, capacidad de descarga profunda y una excelente seguridad operativa. Estas características las han convertido en una opción cada vez más popular para la integración de energías renovables, el equilibrio de la red eléctrica y aplicaciones de microrredes que requieren duraciones de almacenamiento de entre 6 y 12 horas o más.

Junto a los sistemas de vanadio, las baterías de flujo de hierro están ganando impulso como alternativa de menor coste. El hierro es uno de los metales más abundantes y económicos que existen, lo que ofrece ventajas significativas en cuanto a la disponibilidad de materia prima y la seguridad de la cadena de suministro. Aunque las baterías de flujo de hierro suelen presentar una densidad energética inferior a la de las VRFB, ofrecen una rentabilidad muy atractiva para aplicaciones de almacenamiento estacionario en las que el espacio ocupado es menos crítico que el coste a lo largo de la vida útil.

Otra clase de almacenamiento electroquímico en rápido desarrollo la constituyen las baterías de metal-aire, incluidas las tecnologías de zinc-aire y hierro-aire. Estos sistemas generan electricidad mediante la reacción electroquímica entre un ánodo metálico y el oxígeno extraído directamente del aire ambiente, lo que elimina la necesidad de almacenar uno de los reactivos dentro de la propia batería. Su densidad energética teórica excepcionalmente alta y sus materiales activos de bajo coste hacen que las baterías de metal-aire resulten especialmente atractivas para el almacenamiento de energía durante varios días e incluso varias semanas.

De Nora se encuentra en una posición idónea para aprovechar su amplia cartera de tecnologías electroquímicas con el fin de apoyar a este sector. Basándose en décadas de experiencia en electrocatalizadores, fabricación de electrodos e ingeniería de procesos electroquímicos, la empresa está explorando soluciones que mejoren el rendimiento, la eficiencia y la durabilidad de los sistemas de almacenamiento de energía de próxima generación.

La transición hacia la electricidad renovable está desplazando el enfoque del almacenamiento de energía, pasando del equilibrio a corto plazo a la resiliencia a largo plazo. Si bien las baterías de iones de litio seguirán dominando las aplicaciones que requieren una respuesta rápida y hasta unas pocas horas de almacenamiento, la consecución de sistemas eléctricos profundamente descarbonizados exigirá tecnologías complementarias capaces de almacenar energía durante periodos de tiempo mucho más prolongados.

En el núcleo del almacenamiento de energía de larga duración, los sistemas electroquímicos utilizan electrodos, cuyo rendimiento determina en gran medida la eficiencia, la durabilidad y la competitividad económica. Los electrocatalizadores avanzados representan una tecnología clave, ya que proporcionan el rendimiento catalítico necesario para acelerar el despliegue del almacenamiento de energía de larga duración a escala industrial.