Almacenamiento termoquímico de energía solar

Autores: Claudia Miyiseth Valverde, Laura Briones, Eloy Sanz, José María Escola, Raúl Sanz

Grupo de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad Rey Juan Carlos

C/ Tulipán, s/n, 28933, Móstoles, Madrid.

En línea con el Acuerdo de París, algunos países y regiones se han comprometido formalmente a alcanzar un sistema eléctrico 100 % renovable para 2050. En el caso de España, este objetivo es claro, como queda reflejado en el reciente Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030.

Los expertos en sistemas energéticos han demostrado ampliamente que el objetivo 100 % renovable es viable técnicamente en la mayoría de regiones del mundo.1 No obstante, se trata de un reto de grandes proporciones que conlleva dificultades. Una de las más importantes es el almacenamiento de energía, de manera que se puedan acumular los excedentes para emplearlos cuando sea necesario. En el caso de fuentes de generación como hidráulica, eólica y solar fotovoltaica, donde la electricidad es su producto directo, existen numerosas alternativas de almacenamiento (centrales hidroeléctricas de bombeo, baterías, electrolizadores, etc.). El caso de la energía solar térmica es peculiar, puesto que la energía proveniente del Sol primero se acumula en forma de calor para posteriormente ser transformada en electricidad. Por tanto, aparece la posibilidad de almacenar energía térmica, es decir, calentar un sistema cuando hay un exceso de energía y liberarla cuando sea necesario. De esta manera, es posible generar electricidad mediante una tecnología solar varias horas después de que se haya puesto el Sol.

El almacenamiento de energía térmica se puede llevar a cabo aumentando la temperatura de un sistema, cambiándolo de fase (sólida, líquida o vapor) o mediante reacciones químicas reversibles con gran requerimiento de energía (almacenamiento termoquímico). Nuestro grupo de investigación se ha centrado en esta última opción, empleando para ello materiales basados en óxido de calcio. El óxido de calcio o cal viva, CaO, se hidrata fácilmente para dar hidróxido de calcio o cal apagada, Ca(OH)2, mediante una reacción exotérmica que libera una elevada cantidad de energía. En la reacción inversa, el hidróxido de calcio necesita un gran aporte de energía para dar de nuevo CaO. Como se puede ver, con estas dos sencillas reacciones se puede establecer un ciclo de almacenamiento y liberación de energía que solo necesita que se aporte o se retire agua y energía.

El empleo preliminar de materiales basados en óxido de calcio para almacenamiento termoquímico consiste en aglomerados de este material. Los procesos de hidratación y deshidratación dan lugar a una variación significativa del volumen del aglomerado, que termina por romperse. Para evitar esto, se han preparado aglomerados formados por una mecla de cal y alúmina (Al2O3), recubriéndolos además con una capa externa de alúmina mesoporosa a modo de cobertura.2 Se emplearon diferentes coberturas de alúmina mesoporosa, observando que la presencia de surfactante en el gel empleado daba lugar a una cobertura mayor y más resistente.

Los materiales preparados presentaron capacidades de hidratación superiores al 80 % en comparación con CaO puro. En cuanto a su estabilidad frente a la rotura, los materiales aglomerados formados por CaO y alúmina, y recubiertos de alúmina mesoporosa mostraron una mayor resistencia que los agregados simplemente de CaO. Finalmente, se llevaron a cabo estudios de reutilización, consiguiendo mantener la capacidad de hidratación y la forma de uno de los aglomerados recubiertos después de realizar 20 ciclos, por lo que se trata de materiales prometedores para su empleo en almacenamiento termoquímico.

 Referencias

1 K. Hansen, C. Breyer, H. Lund. Status and perspectives on 100 % renewable energy systems. Energy 175 (2019) 471-480.

2 C.M. Valverde-Pizarro, L. Briones, E. Sanz-Pérez, J.M. Escola, R. Sanz, J. González-Aguilar, M. Romero. Coating of Ca(OH)2/γ-Al2O3 pellets with mesoporous Al2O3 and its application in thermochemical heat storage for CSP plants. Renewable Energy 162 (2020) 587-595.

Contacto

Raúl Sanz, Investigador del Grupo URJC-SOLAR del Programa ACES2030-CM.

Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía

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