¿Cómo almacenar energía renovable ? | 10 formas de almacenar la energía renovable | Sistemas de almacenamiento de energía renovable | Almacenamiento de energía renovable a gran escala

Las 10 formas de almacenar la energía renovable

Las energías renovables tienen como principal característica, que son de disponibilidad intermitente, y además hay momentos en los cuales llegan a producir mucha energía, llegando a tener un flujo de energía sobrante, por tal motivo se pretende aprovechar esta energía de la mejor manera, hay quienes afirman que se puede vivir cien por ciento de ella, y además lo que se busca sobre todo es reducir las emisiones de CO2 y usar energía más amigable con el ambiente para así evitar el calentamiento global. Por lo tanto hay que buscar usar métodos que puedan almacenar esta energía a gran escala y de manera eficiente, es por eso que citaremos los más importantes:

Baterías de ion-Litio

Esta clase de baterías son las que más usamos comúnmente, pero también se puede extender este uso a gran escala, tal ejemplo de ello son las baterías desarrolladas por la compañía Tesla (Tesla Powerpack), que se las usa por ejemplo para el almacenamiento de energía producida de manera eólica.

Baterías con electrolito sólido

Estas serían una mejora de las actuales baterías de litio, ya que su electrolito líquido puede llegar a ser inflamable, por eso se lo sustituye por un electrolito sólido más adecuado. Tal ejemplo del desarrollo de este tipo de baterías son las que fabrican las empresas Ionic Materials y Toyota. 

Baterías de flujo

Otro tipo de tecnología, son las baterías de flujo, estas tienen dos clases de electrolitos diferentes para cada electrodo de la batería, además su capacidad de almacenamiento de energía es directamente proporcional a la cantidad del electrolito o el tamaño del tanque que lo contiene. También prometen dar alta eficiencia para el almacenamiento de energía

Energía térmica

Otra forma de almacenar energía es en forma de frío o calor, pero para esto se necesita de materiales o compuestos adecuados que pueden retener estos estados térmicos, por tiempos prolongados. Luego este estado térmico es convertido en electricidad o diferencia de voltaje. Estos materiales pueden basarse por ejemplo en carbono para retener calor.

Hidroeléctrica de bombeo

Este tipo de método es muy similar a la producción energía hidroeléctrica que todos conocemos, o igual en principio, pero con la diferencia de que se emplea la energía excedente producida por las centrales hidroeléctricas, para bombear más agua y almacenarla a una altura mayor, con el fin de utilizar si es necesario en algún momento de escasez, para hacerla caer y hacer girar turbinas y producir energía eléctrica nuevamente. Muchos la consideran la más óptima para almacenar la energía renovable a gran escala.

Energía potencial gravitatoria

Hacer caer objetos con el fin de aprovechar la energía potencial almacenada es otro iniciativa, es este caso lo que se hace es apilar objetos, como bloques de hormigón por ejemplo, en una torre que se va haciendo más grande, hasta alcanzar una cierta altura, y desde ahí se van haciendo caer los bloques y así hacer mover generadores. Es un proyecto llevado a cabo por la empresa Energy Vault, y se planea hacerlo trabajar en conjunto con plantas solares y eólicas .

Hidrógeno 

Este método se centra en la utilización del denominado hidrógeno verde H2, este hidrógeno se obtiene mediante electrólisis, el proceso de electrólisis en cambio obtiene energía procedente de otras fuentes renovables como energía solar o eólica. Este hidrógeno verde a su vez también puede ser usado después para almacenar energía, o como combustible. Otra aplicación del hidrógeno es la fabricación de fertilizantes.

Aire comprimido

El aire comprimido se obtiene mediante compresores o bombas, estos a su vez son impulsados por energía excedente de la red eléctrica u otras fuentes renovables, el aire se almacena bajo tierra, también se hace uso de otros sistemas de compensación. El uso que se le da al aire después de ser almacenado es muy similar a la energía hidroeléctrica por bombeo, para hacer girar turbinas y producir electricidad.

Aire frío o líquido

Esta iniciativa es algo parecida a la anterior, con la diferencia que ocupa menos espacio y se almacena aire frío a baja presión, además se reutiliza el frío y no solo el calor producido durante el proceso. El aire se extrae de la atmósfera, se lo limpia, se lo enfría y se lo licua, luego se almacena como aire líquido (no necesita estar bajo tierra), este aire se lo calienta para impulsar turbinas y producir electricidad. La planta igualmente entra operación, con energía excedente de otras plantas.

Baterías de hierro para almacenamiento de energía renovable

Tenemos básicamente dos tipos las de hierro aire y las de flujo que usan hierro. La primera se centra en una oxidación reversible del hierro, es decir al momento de descargarse el hierro se oxida, y al volverse a cargar, el óxido se vuelve a convertir en hierro, y el ciclo continúa. Esta batería promete ser muy eficiente y barata (el kilovatio hora cuesta 20 dólares suministrando energía por cien horas), pero tiene la desventaja de ocupar mucho espacio y ser pesada. Otra ventaja es que su electrolito líquido no es inflamable.

Las baterías de flujo de hierro, principalmente tienen un electrolito que consta de hierro, sal y agua, le que le da también la ventaja de no ser inflamable y ser barata. Se les ha logrado dar una vida útil de 25 años.

Referencias:

https://youtu.be/sQNwqgjp4bg

https://forococheselectricos.com/2021/11/las-baterias-de-electrolito-solido-seran-un-rival-de-futuro-para-el-hidrogeno.html

https://youtu.be/js4IxslSEZU

https://youtu.be/8K1UYwVXQ2I

https://youtu.be/fEXOUvH6kM0

https://youtu.be/R7en9_y_Vu4

El Galio una solución para convertir CO2 en oxígeno | El Galio y sus usos en baterías y construcción de aviones | ¿Qué es el galio y para qué sirve? | ¿Qué hace especial al galio? | Usos del CO2: un camino hacia la sostenibilidad

¿Qué es el Galio?

El Galio,es un elemento químico que podría llegar a derretirse en nuestras manos, (más propiamente se derrite a una temperatura de 29 grados centígrados), es un metal de color plateado y brillante cuyo símbolo es Ga, ocupa el lugar 31 en la tabla periódica, se lo considera un metal líquido a temperatura ambiente, pero a diferencia del Mercurio este elemento no es tan tóxico y se lo puede tocar sin ningún problema, pero algunos recomiendan manipularlo con guantes, debido a que si bien no es tóxico podría causar alergia en algunas personas. Su nombre Galio se debe a su descubridor Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran, que era de origen francés, y le dio este nombre en honor a su país, ya que Francia en idioma latín significa Galia. Este nombre de Galio también se debe a que su nombre Lecoq en francés significa gallo y en latín significa gallus, y que además dicen que era el sobrenombre de Lecoq.

Algunos usos del Galio

En lo que respecta a los usos, este metal se lo usa comúnmente en el campo de la electrónica, más concretamente en los semiconductores que se emplean en circuitos de microondas y de infrarrojos, otro uso en la electrónica es en la fabricación de diodos led que son de color violeta y azul, y también diodos láser y máser. Otros uso son las celdas fotoeléctricas. El galio se lo usa también en la fabricación de espejos y en las centrales nucleares. En los termómetros médicos se usa una aleación de galio, indio y estaño, otra aplicación en la medicina es para tratar el exceso de calcio en la sangre, se usa también como escáner o trazador para detectar enfermedades inflamatorio o tumores (pero se usa isótopos de galio o galio radiactivo).

El uso del galio para reducir el CO2 del ambiente

El galio también es un elemento poco común y ocupa el puesto 35 de los elementos que son más abundantes en la Tierra. Además de todas aplicaciones antes mencionadas, al galio se le está buscando otros uso como es la captación de CO2 de la atmósfera, y así tratar de evitar el efecto invernadero que se produce por la presencia de este gas.

El proceso de conversión de dióxido de carbono en oxígeno mediante galio, usa este último elemento en estado líquido y a temperatura ambiente, y además se obtiene un carbono en estado sólido que puede ser muy útil para la utilización en baterías y en la fabricación de aviones. Este descubrimiento fue realizado gracias al trabajo del grupo a cargo del profesor de Ingeniería Química Kourosh Kalantar-Zadeh (un grupo de ingenieros pertenecientes a la Universidad de Nueva Gales del Sur) y publicado en la revista Advanced Materials. Lo que se hace es capturar y disolver el CO2 en estado gaseoso, mediante nanopartículas de galio que están en estado líquido, que son parte de un disolvente. 

Se usa también un reactor donde se producen reacciones triboelectroquímicas, y con esto se desarrollan además reacciones químicas que rompen el CO2 y separan el oxígeno en estado gaseoso del carbono que se obtiene en forma de láminas. Se obtiene una eficiencia del 92 por ciento al convertir una tonelada de CO2

Afirman que este trabajo se puede usar sobre todo para reducir las emisiones de CO2 provenientes de los vehículos, y las emisiones provenientes de las fábricas.

Un proyecto similar que ya lleva a la práctica la extracción de CO2 y lo reutiliza 

Cerca de Zurich Suiza, en Hinwil, ya se empezó a llevar a cabo un proyecto de absorción de CO2, según una publicación de la BBC en el año 2017, este proyecto afirmaron ser muy viable. Se trata de un conjunto de ventiladores en un centro de reciclaje, los mismos que se encargan de absorber el aire que está a su alrededor, este es llevado hacia unos filtros con sustancias químicas que separan el CO2 del aire. Luego de extraer los filtros, y de darles un calentamiento a 100 grados centígrados , se obtiene un gas CO2 de manera pura, que se lo puede almacenar y buscarle diferentes usos.

Lo que hacen por ejemplo con este gas es venderle a personas y a compañías que se encargan de la producción de vegetales, o que se lo usan en invernaderos grandes para de esta manera estimular mejor el crecimiento de las plantas, su costo por tonelada era de 600$ hace unos 4 años, y esperaban que con el tiempo este costo se iba a reducir a 100$, debido al aumento de producción y competitividad.

La empresa encargada de este proyecto es Climeworks y afirman que pueden absorber hasta 900 tonelada de dióxido de carbono al año.

Pero en sí también al CO2 se le puede dar múltiples usos como asientos para autos, comida para peces, buscan incluso usarlo como combustible, y hasta se puede llegar a fabricar cemento con él.

Aunque en este último proyecto no se ha hecho una separación de oxígeno del CO2, solamente restaría hacer eso, una vez extraído el CO2.

Paneles solares hechos de bacterias productoras de energía eléctrica y biocombustibles | bacterias beneficiosas y amigables con el medio ambiente para almacenar energía | bioingeniería de bacterias y microorganismos para producción y almacenamiento de energía alternativa

Almacenamiento de energía y producción de biocombustibles

Actualmente, en lo que respecta a la obtención de energía alternativa, ya sea energía solar, eólica, en fin..., nos enfrentamos a la problemática de que para almacenar energía eléctrica, tenemos dispositivos que son muy poco amigables con el medio ambiente, tal es el caso de las baterías, por tal motivo se busca implementar un nuevo sistema sostenible y ecológico para poder almacenar la energía eléctrica, por lo tanto hay actuales investigaciones que señalan que la bioingeniería de bacterias y microorganismos es una de las mejores opciones para lograr este objetivo.

Como señala el bioingeniero PH.D. Cornell Buz Barstow este indicio puede empezar en una bacteria cuyo nombre es Shewanella Oneidensis, la misma que es capaz de introducir electrones a su metabolismo, lo que permite obtener moléculas precursoras esenciales con las que se puede producir biocombustibles. Sin embargo esperan crear bacterias que realicen de manera más eficiente este proceso. Además también señala el experto que solo una pequeña cantidad de microbios y microorganismos pueden almacenar energía eléctrica renovable.

Lo que están investigando también es, como encontrar los genes que logran hacer que las bacterias introduzcan electrones en su organismo, y lo afirman que poco a poco lo están logrando. La profesora asistente de microbiología en la Universidad de Cincinnati  Anette Rowe quien es Ph.D, señala las vías descubiertas para lograr el movimiento de los electrones en el metabolismo de la Shewanella, y que esto se logra transformando el dióxido de carbono en biocombustibles, y que es muy viable llevarlo a la práctica.

Señalan que están creando bacterias que comen electrones, gracias a esos genes que planean implementar, y la primera bacteria candidata para introducir estos genes es la Escherichia Coli, ya que con ella es más sencillo trabajar.

Paneles solares hechos de bacterias y cooperación de microorganismos 

Una innovación de los paneles solares puede ser un nuevo tipo conocido como panel solar biogénico, estos siguen un principio biológico muy común en el cual las plantas y las bacterias son las que logran aprovechar de manera eficiente la luz solar que captan (aunque este sea poca), para transformarla en energía química, en un proceso llamado fotosíntesis, esto debido a unas sustancias conocidas como pigmentos fotosintéticos (como por ejemplo clorofilas y carotenoides). Un ejemplo de esto es el uso de la bacteria Escherichia Coli, que de acuerdo a una investigación de la Universidad de Columbia de Canadá, se busca modificar genéticamente esta bacteria para que produzca en mayor cantidad un carotenoide conocido como licopeno, para así lograr también captar la mayor cantidad de energía solar gracias a esta sustancia. El licopeno pasa a un estado de excitación al momento de recibir un fotón de luz solar, lo cual lleva a movilizar electrones entre moléculas vecinas, en este aspecto se logra un fenómeno muy parecido al que ocurre con el silicio, al momento de recibir luz solar en las celdas comunes, se moviliza electrones produciendo una corriente eléctrica. Pero lo que se busca es que el licopeno actué como semiconductor ya que no lo es, y por eso se planea usar algún tipo de semiconductor que sirva de puente, y así conducir la energía eléctrica que se obtiene del licopeno.

Otra dificultad es la supervivencia de las bacterias en medios artificiales. Entonces una solución a esto puede ser la simbiosis artificial entre seres vivos, proceso en el cual los seres vivos se benefician y se protegen entre sí, de acuerdo a una investigación del Instituto de Tecnología Stevens, en este caso puede ser entre hongos y cianobacterias, usando grafeno como elemento conductor y recolector de energía para esta red simbiótica, aunque la verdad todas estas ideas están en una fase muy temprana, y con corrientes obtenidas muy bajas, siguen en constante desarrollo y se espera que se logren mejores resultados lo más pronto posible.

Criterio:

Pienso que es una buena iniciativa buscar nuevas formas de crear paneles solares, sobre todo porque los paneles solares actuales, al momento de quedar inservibles, dejan una basura no muy amigable con el medio ambiente, y por tal razón es de vital importancia buscar materiales más ecológicos para el medio ambiente, y así crear nuevos tipos de paneles solares, sin embargo hay que tener en cuenta que también hay que mejorar la eficiencia de los mismos para captar la mayor energía solar posible. También me parece que hay que tener precaución en lo que respecta al manejo de las bacterias, ya que si se pretende preservarlas para estos fines, se las debe controlar de manera adecuada, deben ser atenuadas de alguna forma para que no haya peligro de infección, desencadenando tal vez epidemias y pandemias, puede que en cambio se tenga peligro de contaminación bacteriológica una vez que los paneles solares sean desechados, por tal motivo se deben seguir realizando estudios rigurosos que certifiquen que estos paneles solares son cien porciento seguros (en lo que respecta a sanidad y medio ambiente) y eficientes.

Referencias

https://phys.org/news/2021-08-bacteria-key-energy-storage-biofuels.html

https://youtu.be/k55UA3LtWn4

https://news.ubc.ca/2018/07/05/bacteria-powered-solar-cell-converts-light-to-energy-even-under-overcast-skies/

https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2018/acs-presspac-november-14-2018/bionic-mushroom-that-generates-electricity.html

https://es.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis/a/light-and-photosynthetic-pigments