Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de Estados Unidos han logrado demostrar que el uso de arena como material en los sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES, por sus siglas en inglés) permite almacenar energía en un amplio rango de temperaturas, durante un tiempo prologando, y a bajo coste. Además, este tipo de material es de fácil acceso ya que es especialmente abundante en determinadas áreas, y es respetuoso con el medio ambiente.
Además de las baterías, existen otras tecnologías de almacenamiento como la energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo, aunque requiere embalses a diferentes elevaciones y está limitada por la geografía. Otro enfoque se basa en lo que se conoce como almacenamiento de energía térmica, o TES, que utiliza sal fundida o incluso rocas sobrecalentadas. Este sistema ofrece una alternativa de bajo coste mediante partículas sólidas como la arena, y proporciona una respuesta inmediata, sin necesidad de restricciones.
La tecnología patentada en NREL revela cómo los calentadores alimentados por fuentes de energía renovables como la energía eólica y la energía solar, pueden elevar la temperatura de las partículas de arena a la temperatura deseada. A continuación, la arena se deposita en un silo para su almacenamiento y posterior uso, ya sea para generar electricidad o calor en aplicaciones industriales. Un prototipo a escala de laboratorio validó la tecnología y permitió a los investigadores crear un modelo informático que demostró que un dispositivo a escala comercial retendría más del 95% de su calor durante al menos cinco días.
El prototipo en el que se ha validado la propuesta del NREL surgió del proyecto Enduring (Almacenamiento económico de electricidad de larga duración mediante el uso de almacenamiento de energía térmica de bajo coste y ciclo de energía de alta eficiencia).
Sistemas de almacenamiento térmico más eficientes
Otros sistemas de almacenamiento incluyen hormigón y rocas, que pueden retener fácilmente el calor pero permanecen en estado sólido en un mismo lugar. Esto representa una desventaja frente a la arena, dado que la transferencia de calor es mucho mayor, más rápida y más efectiva si se mueve el material, según señalan los investigadores de NREL. Además, la arena es la opción más barata en comparación con otras tecnologías, como el almacenamiento de energía atmosférica (CAES), la energía hidroeléctrica de bombeo y las baterías de iones de litio. Con una duración de cientos de horas, la arena garantiza un bajo coste.
El siguiente paso previsto es llevar a cabo en 2025 un sistema de almacenamiento de energía térmica en el campus Flatirons del NREL, situado a las afueras de Boulder (Colorado, Estados Unidos), que estará diseñado para almacenar energía entre 10 y 100 horas.
El proyecto de demostración, financiado por el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), tiene la intención de mostrar el potencial comercial de la arena para los sistemas de almacenamiento de energía térmica. Las sales fundidas ya se utilizan para almacenar energía temporalmente, pero se congelan aproximadamente a 220 grados Celsius (ºC), o 428 grados Fahrenheit, y comienzan a descomponerse a 600 ºC. En este caso, los investigadores tienen la intención de usar arena proveniente del suelo del Medio Oeste de los Estados Unidos, que no necesita que se congele y puede retener mucho más calor.