ENERGÍA RENOVABLE

Estas 3 tecnologías de almacenamiento de energía pueden ayudar a abordar los desafíos de la transición a electricidad 100 % renovable

Costos en las últimas décadas viento y solar La generación de energía se ha reducido drásticamente.Esta es también la razón por la que el Departamento de Energía de EE. UU. espera que la energía renovable se convierta en La fuente de energía de más rápido crecimiento en Estados Unidos para 2050.

Sin embargo, almacenar energía sigue siendo relativamente caro.Y gracias a las energías renovables no siempre disponible – sucede cuando sopla el viento o brilla el sol – el almacenamiento es fundamental.

Igual que antes Investigador en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables, trabajo con el gobierno federal y la industria privada para desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía renovable.en el más reciente InformeLos investigadores de NREL estiman que la capacidad de almacenamiento de energía renovable de EE. UU. podría aumentar Hasta un 3.000 % para 2050.

Aquí hay tres tecnologías emergentes que pueden ayudar a que esto suceda.

tarifa más larga

La mayoría de las personas ya usa baterías en muchos aspectos de su vida diaria, desde baterías alcalinas en pequeños dispositivos electrónicos hasta baterías de iones de litio en automóviles y computadoras portátiles. Pero todavía hay mucho espacio para crecer.

Por ejemplo, las baterías de alta capacidad con largos tiempos de descarga (hasta 10 horas) podrían ser valiosas para almacenar energía solar por la noche o aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos. Pocas baterías de este tipo están en uso hoy en día.Sin embargo, según pronóstico reciente, para 2050, estas baterías podrían valer más de 100 gigavatios.En cambio, esto es 50 veces más electricidad que la Presa HooverEsto podría tener un gran impacto en la viabilidad de las energías renovables.

Las baterías funcionan creando reacciones químicas que generan electricidad.

Uno de los mayores obstáculos es el suministro limitado de litio y cobalto, que actualmente son esenciales para fabricar baterías potentes y livianas.de acuerdo a algunas estimacionespara 2050, alrededor del 10% de las reservas mundiales de litio y casi todas las reservas mundiales de cobalto se habrán agotado.

Además, casi el 70% del cobalto del mundo se extrae en el Congo, donde las condiciones se han registrado durante mucho tiempo como inhumano.

Los científicos están trabajando duro para desarrollar tecnología. Reciclaje de baterías de litio y cobaltoy diseñar baterías a partir de otros materiales.Tesla planea producir Libre de cobalto Baterías para los próximos años.Otros tienen como objetivo Sustitución de litio por sodiocuyas propiedades son muy similares al litio, pero mucho más abundantes.

Batería más segura

Otra prioridad es hacer que las baterías sean más seguras.Un área que necesita mejoras son los electrolitos, medios que generalmente son líquidos. permitir que la carga fluya Del ánodo o terminal negativo de la batería al cátodo o terminal positivo.

Cuando la batería está en uso, las partículas cargadas en el electrolito se mueven para equilibrar la cantidad de electricidad que sale de la batería. Los electrolitos a menudo contienen materiales inflamables. Si tienen fugas, las baterías podrían sobrecalentarse e incendiarse o derretirse.

Los científicos están desarrollando electrolitos sólidos, que fortalecerán las baterías.Las partículas son mucho más difíciles de mover en sólidos que en líquidos, pero Se recomiendan los resultados a escala de laboratorio Indica que estas baterías podrían utilizarse en vehículos eléctricos en los próximos años, con una fecha límite de comercializar tan pronto como 2026.

Si bien las baterías de estado sólido son ideales para la electrónica de consumo y los vehículos eléctricos, para el almacenamiento de energía a gran escala, los científicos buscan diseños totalmente líquidos llamados batería de flujo.

Una batería de flujo típica consta de dos tanques de líquido que se bombean a través de una membrana sostenida entre dos electrodos.
Qi y Koenig, 2017, CC

En estos dispositivos, tanto el electrolito como los electrodos son líquidos. Esto permite una carga súper rápida y facilita la fabricación de baterías realmente grandes.Estos sistemas son actualmente muy costosos, pero la investigación continúa Bajar el precio.

almacenar la luz del sol como calor

En algunos casos, otras soluciones de almacenamiento de energía renovable cuestan menos que las baterías. P.ej, Planta de energía solar concentrada usa un espejo luz solar concentrada, que calienta cientos o miles de toneladas de sal hasta que se derrite. Esta sal fundida se utiliza luego para accionar generadores, al igual que el carbón o la energía nuclear se utilizan para calentar vapor y accionar generadores en las fábricas convencionales.

Estos materiales calentados también se pueden almacenar para generar electricidad en días nublados o incluso de noche. Este método permite que la energía solar concentrada funcione las 24 horas.

El hombre revisa las válvulas al final de una gran red de tuberías.
Compruebe si hay corrosión en la válvula de sal fundida en el circuito de prueba de sal fundida Sandia.
Randy Montoya, Laboratorios Sandia/Flickr, CC BY-NC-ND

Esta idea se puede aplicar a tecnologías de generación de energía no solar. Por ejemplo, la energía eólica se puede utilizar para calentar sal para su uso posterior cuando no sopla el viento.

La energía solar concentrada sigue siendo relativamente cara. Para competir con otras formas de producción y almacenamiento de energía, debe ser más eficiente. Una forma de lograr esto es aumentar la temperatura a la que se calienta la sal, lo que permite una producción de electricidad más eficiente. Desafortunadamente, las sales actualmente utilizadas no son estables a altas temperaturas. Los investigadores están trabajando para desarrollar nuevas sales u otros materiales que puedan soportar temperaturas de hasta 1300 grados Fahrenheit (705 grados Celsius).

Una de las principales ideas sobre cómo llegar a temperaturas más altas es calentar arena en lugar de sal, ya que la sal puede soportar temperaturas más altas. Luego, la arena se transporta desde el punto de calentamiento hasta el almacenamiento mediante una cinta transportadora.El Departamento de Energía anunció recientemente la financiación de un Planta piloto de energía solar por concentración en base a este concepto.

Combustibles renovables avanzados

Las baterías se pueden utilizar para el almacenamiento de energía a corto plazo, mientras que las plantas de energía solar concentrada pueden ayudar a estabilizar la red. Sin embargo, las empresas de servicios públicos también necesitan almacenar grandes cantidades de energía de forma indefinida.Este es el papel de los combustibles renovables como hidrógeno y amoníacoCuando la electricidad generada por las turbinas eólicas y los paneles solares excede las necesidades de los clientes de servicios públicos, la empresa de servicios públicos almacenará energía produciendo estos combustibles a partir del excedente de electricidad.

El hidrógeno y el amoníaco contienen más energía por libra que las baterías, por lo que pueden funcionar donde las baterías no lo hacen.Por ejemplo, se pueden utilizar para Para el transporte de cargas pesadas y el funcionamiento de equipos pesadosy para combustible para cohetes.

Hoy en día, estos combustibles se fabrican en su mayoría a partir de gas natural u otras fuentes de energía no renovables. Combustibles fósiles a través de reacciones extremadamente ineficientes. Si bien lo consideramos un combustible verde, la mayor parte del hidrógeno en la actualidad se fabrica a partir de gas natural.

Los científicos están buscando formas de producir hidrógeno y otros combustibles utilizando electricidad renovable.Por ejemplo, el combustible de hidrógeno puede fabricarse moléculas de agua divididas usar electricidad El desafío clave es optimizar el proceso para hacerlo eficiente y económico. La recompensa potencial es enorme: un suministro inagotable de energía totalmente renovable.

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