Tecnologías Almacenamiento: Lithium vs Hydrogen

Energy storage distribution

Introducción

Con el objetivo de lograr la transición energética y una penetración real de las energías renovables el almacenamiento energético surge como una pata fundamental para alcanzar la meta.  Principalmente se debe a que puede mejorar la estabilidad de la red, conseguir una mayor eficiencia de los sistemas energéticos y aumentar la penetración de las energías renovables. Esto tiene una consecuencia directa: reducir el impacto ambiental producido en la generación de energía.

Aunque hay multitud de tecnologías de almacenamiento, no todas se encuentran en el mismo punto de madurez tecnológica. Las fuentes de generación renovable tienen una característica que principalmente afecta a la generación eólica y fotovoltaica: la variabilidad.

Para hacer frente a dicha variabilidad, que no es más que el sol no brilla siempre, al igual que el viento no sopla siempre, se ha demostrado que el almacenamiento energético es capaz de lidiar con dicho «handicap».

Desde el Barrio La Pinada estamos estudiando diferentes soluciones de almacenamiento energético para encontrar una solución adecuada, que ayude al barrio a lograr el objetivo de conseguir energía 100% renovable, verde, respetuosa y asequible con el entorno, cumpliendo el objetivo de desarrollo sostenible número 7 (ODS 7).

En este artículo os presentamos dos tecnologías de almacenamiento: hidrógeno y baterías Li-Ion) que se están estudiando. Ambas se encuentran en puntos de madurez distintos, con sus ventajas e inconvenientes, con el objetivo de aportar valor a nivel de “knowledge sharing”.

Hidrógeno

El hidrógeno como tal no es una fuente de energía, sino que es un vector energético almacenable, transportable, versátil y eficiente. Se considera una energía limpia, siempre que la energía empleada para producirlo sea renovable, si viene de combustibles fósiles no se consideraría renovable. Tiene una elevada densidad de energía, para la aplicación de almacenamiento, la electricidad fuera de punta se utiliza para electrolizar el agua y producir hidrógeno.

El hidrógeno puede almacenarse como gas comprimido, gas licuado, hidruros metálicos o nanoestructuras de carbono. En el 2050, según el “Hydrogen Roadmap Europe” elaborado por la plataforma FHC, en el que participa la Comisión Europea, se prevé estar generando el 25% de la demanda energética de la Unión Europea en hidrógeno.

Actualmente presenta limitaciones, como la elevada energía necesaria para la elaboración, entre otras. Ahora bien, con una perspectiva de reducción de costes y empleo de energía renovable en el proceso.

También, destacar que la hidrólisis del agua tiene un gasto energético elevado, mayor que la entrega que posteriormente nos aporta el hidrógeno en forma de energía, pero como cualquier proceso energético, a más etapas, más se va dispersando y perdiendo la energía.

La densidad energética varía en función de a forma de almacenamiento del hidrógeno. Se caracteriza por tener una alta densidad energética por unidad de masa, pero ocupa mucho volumen. Por ejemplo la densidad del hidrógeno gas es de 0,0899 kg/Nm3 o 10,8 MJ/Nm3, el hidrógeno líquido tiene una densidad energética de 0,0708 kg/L o 8,495 MJ/L.

Una desventaja importante en el uso del hidrógeno para el almacenamiento de electricidad es la pérdida sustancial de energía durante un solo ciclo. Según Aneke,M & Wang, M en su investigación “Energy Storage technologies and real life applications», la eficiencia general del viaje de ida y vuelta puede ser en la vecindad del 30%. Esto es parcialmente compensado por el alto nivel de densidad de almacenamiento. Con el tiempo y el avance tecnológico se espera incrementar en una horquilla razonable y de manera sustancial la eficiencia general del proceso.

La clave será la aproximación al cruce en la «offercurve» entre el H2 producido con gas natural reformado, y H2 electrolizado con energías renovables. Si este paso es factible, la tecnología del hidrógeno puede posicionarse como una tecnología de almacenamiento muy interesante.

Otra limitación actual, reside en que en la actualidad las instalaciones necesarias son escasas, complejas y costosas. Sin embargo, su combustión no genera emisiones contaminantes, lo cual reduce la huella de carbono asociada. Pero queremos insistir en que este debe ser obtenido mediante energías renovables, de lo contrario no será considerado un vector de almacenamiento energético limpio.

A pesar del desarrollo de la tecnología, en la actualidad tenemos gran fe y esperanza en esta tecnología de almacenamiento. Si conseguimos asegurar que la energía empleada en su formación provienen de fuentes renovables puede convertirse en uno de los mejores vectores energéticos en un futuro, válido en almacenamiento para movilidad y almacenamiento estacionario a gran escala.

Batería Li-Ion

La batería existe como sistema de almacenamiento desde hace muchos años. Es un dispositivo electroquímico con capacidad de almacenar energía eléctrica. Las baterías se construyen en diferentes tamaños con una capacidad que va desde menos de 100 watios (W) hasta varios megavatios (MW).

Por un lado, las baterías de Ion-Litio, están en un proceso de madurez mayor que el hidrógeno en cuanto a almacenamiento. Principalmente se debe a que se han posicionado en el mercado automovilístico como la alternativa a los motores de combustión interna. Por lo tanto, a nivel de almacenamiento las pilas y acumuladores con electrolito de Ion-Litio son una tecnología madura y eficiente.

Su eficiencia de almacenamiento de energía de ida y vuelta está en el rango de 60-80%, dependiendo del ciclo de operación y del tipo de electroquímica que emplee. Las baterías de ciclo profundo son las más comúnmente usadas para aplicaciones de sistemas de energía y tienen un rango de eficiencia del 70 al 80%.

Tienen un rango de densidad de energía y potencia que va de 90 a 190 Wh/kg y de 500 a 2000 W/kg.  También tienen una alta eficiencia y una baja tasa de auto descarga, lo que lo convierte en adecuado para soluciones de movilidad.

Su mayor desventaja es que son frágiles con la temperatura, su ciclo de vida es dependiente del número de ciclos de carga y descarga, así como de la profundidad de descarga de ésta. Para aplicaciones de movilidad el LCOE de las baterías Ion-Litio es de aproximadamente 400 Eur/NWh.  

A su vez, debemos recordar y poner énfasis en los problemas socioambientales derivados del proceso de producción de las baterías. En primer lugar, el agotamiento de recursos como el litio o cobalto, ubicados en países subdesarrollados y con falta de transparencia y cumplimiento de derechos humanos. Y en segundo lugar, la elevada demanda de caudal hídrico, necesario para el procesado de los materiales y minerales, contando con una huella ecológica asociada más elevada si tenemos en cuenta todo el ciclo de vida.

Visión del equipo – Conclusiones

Desde Barrio La Pinada, el equipo de energía estamos estudiando multitud de tecnologías que puedan contribuir al desarrollo energético del barrio y nos permitan generar nuestra propia energía verde, capaz de cubrir la demanda energética que en un futuro tendremos.

Con el paso del tiempo, las tecnologías aumentan su eficiencia, rendimiento y competitividad económica por lo que se necesitan catalizadores que contribuyan a aumentar la investigación, desarrollo y validación con el objetivo de reducir costes y aumentar la sostenibilidad.

Bibliografía

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