El problema del almacenamiento de energía

Uno de los grandes problemas a los que se enfrentan los sistemas de suministro energético es la dificultad (y el coste) de almacenar energía durante los periodos de baja demanda para poderla luego utilizar durante los picos de demanda. Esto es particularmente relevante desde el punto de vista de las energías renovables, si se pretende que constituyan una alternativa realista a las energías consumibles. Pensemos por ejemplo en aerogeneradores que dependen de la presencia del viento para producir electricidad: el viento no entiende de demanda estacional o carga rodante, por lo que habrá situaciones en las que la producción eléctrica sea superior a la demanda, y otras en las que ocurra lo contrario. Por supuesto, las redes eléctricas diversifican las fuentes de energía y son capaces de redireccionar electricidad de otros puntos de la red para hacer frente a picos de demanda, pero la situación sería mucho más simple si realmente se pudiera almacenar energía eléctrica a gran escala.

En el número de Nature del 7 de enero se hace una breve recapitulación de algunos de los mecanismos existentes para el almacenaje de energía y de cómo estos podrían extenderse en el futuro para trabajar a mucha mayor escala:

• Almacenamiento hidroeléctrico: usado en la actualidad en países como Noruega, este mecanismo emplea el exceso de energía de las turbinas aerogeneradores para bombear agua hacia embalses en las montañas. Cuando haga falta la energía se libera el agua para activar los generadores hidroeléctricos. Este mecanismo tiene una eficiencia del 70-85%, aunque está limitado por la disponibilidad geográfica (por no hablar del impacto ambiental). Una alternativa sería construir “lagos” artificiales (o «islas de energía») en el océano, creando grandes diques que cerquen una superficie equivalente a una pequeña isla. La energía excedente se emplearía en bombear agua fuera del lago hacia el mar, y se recuperaría dejándola entrar de nuevo. Podrían obtenerse 1 500 MW durante unas 12 horas.
• Almacenamiento de aire comprimido: usado en la actualidad en algunas zonas de Alemania y EE.UU., este sistema comprime aire y lo bombea a grandes cuevas subterráneas. Al ser liberado, el aire activa turbinas que recuperan la energía. El problema es el calentamiento del gas al ser comprimido, y la pérdida de este calor a través de las paredes de la cueva. Un sistema futuro podría capturar este calor y usarlo luego para calentar el aire y que éste active turbinas. La eficiencia del sistema podría ser también de un 80%.
• Almacenamiento en baterías: el sistema quizás más intuitivo es emplear baterías de gran capacidad. Los teléfonos móviles y portátiles emplean baterías de iones de litio que vienen a tener un coste de unos cientos de euros por kWh. El empleo de una tecnología como ésta a gran escala reduciría mucho estos costes, en su mayor parte debido a consideraciones de seguridad relacionadas con su uso en dispositivos móviles. Incluso podría pensarse en baterías basadas en otro tipo de reacciones electroquímicas con elementos más baratos y abundantes como silicio, hierro o aluminio.
• Almacenamiento cinético: usado en sistemas de alimentación ininterrumpida, este sistema se basa en hacer girar un volante de inercia a gran velocidad usando la energía sobrante para alimentar un motor, y extraer energía del mismo acoplándole un generador. El problema es por supuesto la escalabilidad. Un prototipo en el que se está trabajando considera un dispositivo de un metro de diámetro con un núcleo cilíndrico de aluminio que alberga el generador y el motor, y una envoltura de fibra de carbono. El sistema se instalaría en una cámara sellada al vacío sobre soportes magnéticos, y alcanzaría una eficiencia del 85%.
• Almacenamiento en ultracondensadores: aquí nos movemos en un terreno más hipotético, en el que se podría considerar tecnología a escala molecular para construir ultracondensadores, o el empleo de bobinas superconductoras para almacenar indefinidamente la corriente circulante.

Estos mecanismos son realmente imaginativos y en algún caso requerirán grandes obras de ingeniería, pero su utilidad compensaría el esfuerzo. Con todo, una de las ideas más interesantes es la de la red inteligente (ver, e.g., aquí): cuando la demanda supere la disponibilidad de electricidad, la red efectuaría microcortes en dispositivos domésticos como frigoríficos o aparatos de aire acondicionados. Estos microcortes serían imperceptibles para el usuario, pero suficientes para reducir la demanda a límites aceptables. Esta red inteligente interactuaría también con sistemas de almacenaje como los descritos, intercambiando energía entre comunidades vecinas para mantener una situación de equilibrio.