Share

Al final de un sinuoso camino rural bordeado de árboles en el oeste de Finlandia, cuatro jóvenes ingenieros creen que tienen una posible respuesta a uno de los mayores desafíos de la energía verde.

El desafío es cómo proporcionar un suministro de energía constante durante todo el año a partir de energía renovable durante los cambios de estación y las condiciones climáticas variables. La respuesta ubicada en la central eléctrica de Vatajankoski, 270 km (168 millas) al noroeste de la capital de Finlandia, Helsinki, es notablemente simple, abundante y barata: arena.

La central eléctrica de Vatajankoski alberga la primera batería de arena a escala comercial del mundo. Completamente encerrada en un contenedor de acero de 7 m (23 pies) de altura, la batería consta de 100 toneladas de arena de construcción de baja calidad, dos tuberías de calefacción urbana y un ventilador. La arena se convierte en una batería después de que se calienta a 600 °C utilizando electricidad generada por turbinas eólicas y paneles solares en Finlandia, traída por Vatajankoski, los propietarios de la planta de energía.

La energía renovable alimenta un calentador de resistencia que calienta el aire dentro de la arena. Dentro de la batería, un ventilador hace circular este aire caliente alrededor de la arena a través de tuberías de intercambio de calor.

Un grueso aislamiento rodea la arena, manteniendo la temperatura dentro de la batería a 600C (1,112F), incluso cuando hace mucho frío afuera. “No queremos perder calor; la temperatura promedio en invierno es inferior a 0C (32F) en Kankanpää”, dice Ville Kivioja, científico principal de Polar Night Energy, que monitorea el rendimiento de la batería en línea.

La batería almacena 8 MWh de energía térmica cuando está llena. Cuando aumenta la demanda de energía, la batería descarga alrededor de 200 kW de energía a través de las tuberías de intercambio de calor: eso es suficiente para proporcionar calefacción y agua caliente a unas 100 casas y una piscina pública en Kankaanpää, complementando la energía de la red. La batería se carga durante la noche cuando los precios de la electricidad son más bajos.

Es un sistema de bajo mantenimiento, dice Kivioja. La empresa utiliza arena barata y de baja calidad que ha sido rechazada por los constructores en lugar de arena de río de alta calidad que se utiliza en grandes cantidades para la construcción, lo que provoca una escasez mundial.

“No hay desgaste por uso relacionado con las tuberías [de intercambio de calor] y la arena. El ventilador es la única pieza móvil y es fácil de reemplazar si es necesario”, dice Kivioja.

La arena es un medio muy eficaz para retener el calor durante un largo período, almacenando energía durante meses. Y también hay otros beneficios. “La arena tiene una vida útil muy larga: puede calentarse y enfriarse varias veces”, dice Kivioja. “Se volverá más denso después de un tiempo, por lo que necesita menos espacio. En ese momento, podemos agregar más arena”.

Los cuatro jóvenes ingenieros finlandeses que inventaron esta batería de arena tienen una larga historia. Tommi Eronen, Markku Ylönen, Liisa Naskali y Ville Kivioja se unieron cuando eran niños por una pasión compartida por el atletismo. El velocista, ciclista, saltador de triple y lanzador de disco pertenecía al mismo club en Tampere, al sur de Finlandia, y se animaban mutuamente en eventos de atletismo durante su adolescencia.

Mientras leía un artículo sobre las tradicionales chimeneas finlandesas, hechas de piedra y arena, a Eronen se le encendió la bombilla. Cuando entraron en la veintena, sus intereses cambiaron del deporte a la ciencia. Los inviernos más cortos y cálidos en el sur de Finlandia despertaron una motivación compartida para abordar el cambio climático.

“El número de días de cubierta de hielo en Näsijärvi, el lago donde solíamos patinar cuando éramos niños, ha disminuido drásticamente en los últimos años. El cambio climático está ocurriendo frente a nuestros ojos”, dice Eronen.

En 2016, mientras investigaba para su maestría en ingeniería, Eronen buscaba sistemas de almacenamiento basados ​​en agua para energía renovable. Pero mientras leía un artículo sobre las chimeneas finlandesas tradicionales, hechas de piedra y arena, a Eronen se le encendió la bombilla.

“Me hizo pensar: ¿sería más adecuado un material sólido, en lugar de agua, para almacenar energía solar y eólica?” dice Eronen.

La producción de energía eólica y solar depende del clima y las estaciones y, por lo tanto, es variable. Esto significa que la producción de energía no siempre coincide con la demanda de energía.

Esto hace que la falta de tecnologías de almacenamiento baratas, viables y sostenibles sea una de las mayores barreras para cambiar el mundo de los combustibles fósiles a fuentes de energía renovables.

“Almacenar las energías renovables es uno de los desafíos más importantes que tenemos que enfrentar para lograr el objetivo de cero emisiones netas de CO2 para 2050, que el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) de la ONU dice que es crucial para limitar el calentamiento global a 1.5C, ” dice Yulong Ding, director del Centro de Almacenamiento de Energía de Birmingham en el Reino Unido.

Junto con Ylönen, comenzó a desarrollar el prototipo de batería de arena. Después de haber probado con éxito su batería piloto en el jardín del abuelo de Eronen cerca de Tampere, la pareja reclutó a sus amigos de la infancia del club de atletismo para iniciar Polar Night Energy. En julio, instalaron la primera batería de arena comercial en la central eléctrica de Vatajankoski en Kankaanpää.

La innovación ha generado una oleada de entusiasmo en todo el mundo. “Mi teléfono suena constantemente y tengo miles de correos electrónicos sin leer”, dice Eronen.

Una pequeña aplicación comercial de un nuevo sistema de almacenamiento de energía rara vez se convierte en un tema candente, pero la batería de arena ha atraído la atención por su potencial para igualar el suministro de energía de fuentes renovables (consulte el recuadro La búsqueda de un suministro constante).

El almacenamiento viable de energía solar y eólica es especialmente crítico para los países nórdicos que tienen largas horas de oscuridad y una mayor necesidad de calor en invierno, pero más horas de luz solar en verano.

Tras la guerra de Ucrania, Finlandia está instando a la UE a aumentar su producción de energías renovables. “La única forma de salir de la crisis energética es invertir fuertemente en la producción de energía renovable y libre de emisiones”, dijo la primera ministra de Finlandia, Sanna Marin, en septiembre.

Los inventores de la batería de arena esperan que aquí sea donde entra su solución.

“Mi primer pensamiento fue ‘¿por qué no pensé en eso?'”, se ríe Eva Pongrácz, vicedirectora de la unidad de investigación de ingeniería de agua, energía y medioambiente de la Universidad de Oulu, en el norte de Finlandia. “Una idea tan simple, fresca e innovadora. ¿Podría ser esta la solución para el suministro continuo de energía verde? No creo que haya una sola respuesta, pero esta es parte de la solución”.

Pero, ¿cómo se destaca exactamente la batería en términos de rendimiento en comparación con otras baterías, en particular, su contraparte electroquímica: las baterías de iones de litio?

Un gran problema con las baterías de iones de litio, que usamos para alimentar nuestras computadoras portátiles, teléfonos y vehículos eléctricos, es que se degradan continuamente, incluso cuando no están en uso, dice Pongrácz. “No hay reacción química en las baterías de arena, por lo que no pasan por un proceso similar de envejecimiento”, dice Pongrácz.

Las baterías de litio no son adecuadas para aplicaciones de almacenamiento a gran escala, dice Yulong Ding, director del Centro de Almacenamiento de Energía de Birmingham en el Reino Unido, y agrega que también son inherentemente inflamables.

Luego están las preocupaciones ambientales. “El litio tiene un impacto ambiental mucho mayor que la arena”, dice Pongrácz. Por cada tonelada de litio refinado que se produce, se emite el equivalente a entre tres y nueve toneladas de CO2, según cómo se extraiga.

Pero el equipo de Polar Night Energy se enfrenta a grandes desafíos: ¿pueden ampliar su tecnología para marcar realmente la diferencia y pueden utilizarla para generar cantidades significativas de electricidad además de calor?

Por supuesto, existen limitaciones, señalan los expertos. “Una batería de arena almacena de cinco a 10 veces menos energía [por unidad de volumen] que las baterías químicas tradicionales”, dice Dan Gladwin del departamento de ingeniería electrónica y eléctrica de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido.

El equipo de Polar Night Energy reconoce esto, pero argumenta que una batería de arena es una solución mucho más rentable. El equipo ha calculado que su batería es entre ocho y diez veces más barata que una batería de litio que almacena la misma cantidad de energía. Generar 8 MWh de energía usando la batería de arena de Kankaanpää cuesta alrededor de $200,000 (£174,000), dice Eronen. Una batería de iones de litio que almacene 8 MWh de energía costaría al menos $ 1,600,000 (£ 1,391,000), dice.

Gladwin dice que la batería de arena es excelente para calentar casas en países con clima frío, pero advierte que la eficiencia disminuye cuando se usa para devolver energía a la red eléctrica.

“Para que sea más utilizable, tendrían que desarrollar una forma de convertir el calor de la batería en electricidad con una eficiencia del 75-80 %. Eso cambiaría las reglas del juego”, dice.

Eronen dice que con la tecnología disponible actualmente, el proceso de convertir el calor nuevamente en electricidad solo tiene una tasa de eficiencia del 30%. Pero él no ve eso como un problema importante. “En un país frío como Finlandia, estamos vertiendo el 70 % del calor que queda después de la conversión en las redes de calefacción urbana que necesitan un suministro de calor casi todo el tiempo”, dice.

El siguiente paso en la ampliación de la batería para la generación de electricidad es agregar una turbina para convertir el calor de regreso a la red. “En un par de años tendremos un sistema operativo para hacer precisamente eso”, dice Eronen.

Polar Night Energy está en proceso de firmar un contrato para construir una segunda batería para otra empresa de calefacción urbana en Finlandia.

“Esto es para un sistema significativamente más grande: 2MW en potencia de calefacción y 500MWh en capacidad de almacenamiento. Eso es 10 veces más grande que lo que tenemos en Kankaanpää”, dice Eronen.

Por el momento, la batería de arena sigue siendo una solución nórdica en el fondo, dice Pongrácz. “Es muy útil en Finlandia, donde tenemos inviernos fríos y necesitamos calefacción prácticamente de septiembre a mayo, [debido a] una temperatura anual promedio de menos de 10 °C (50 °F)”, dice, y agrega que la mitad de los 5,5 millones de habitantes de Finlandia están conectados a una red de calefacción urbana.

Pero en teoría, la solución de almacenamiento de energía podría replicarse en cualquier parte del mundo donde haya infraestructura de calefacción urbana, incluidos Nueva York, San Francisco y Copenhague.

“Tiene mucho más potencial [más allá] de calentar casas de todos modos”, dice la directora de proyectos de la empresa, Liisa Naskali. “Cuando se amplíe, estará disponible para su uso en todo tipo de procesos industriales que requieran altas temperaturas: panaderías, lavanderías [y] acerías”.

Eronen dice que para 2023, Polar Night Energy aspira a ser “una empresa verdaderamente global, que construya baterías de arena en todo el mundo”. El enorme auge de la energía eólica marina (para 2025, la energía eólica cubrirá el 25 % del consumo de electricidad de Finlandia) ayudará a que esto sea posible, pero aún queda “mucho trabajo por hacer”.

“Necesitaremos enormes capacidades de almacenamiento para equilibrar las fluctuaciones en la producción”, dice.

Para ayudar a los planes de expansión internacional, Polar Night Energy está considerando reemplazar la arena con otros materiales granulares no inflamables en lugares donde hay escasez de arena. “La idea es buscar y encontrar un material adecuado localmente: podemos, por ejemplo, probar los subproductos de los procesos industriales y ver si podemos usarlos”, dice Eronen.

Con mucho, el mayor desafío para la expansión es la reticencia de las empresas y los municipios a invertir en nuevas tecnologías. “En Finlandia, las empresas de calefacción urbana tienen obligaciones de servicio para suministrar calor y tienen que pagar una multa si no cumplen con esas obligaciones. Por eso prefieren pecar de cautelosos antes de aprobar una gran inversión en una tecnología novedosa”. dice Naskali.

La empresa energética finlandesa Vatajankoski es una excepción. “Queremos encontrar formas de combatir el cambio climático. Estábamos buscando tecnologías para producir calor sin quemar combustibles fósiles y encontramos Polar Night Energy… Es una tecnología robusta”, dice Pekka Passi, director gerente de Vatajankosi quien, al igual que Naskali, cree que el mayor potencial de la batería está en el uso industrial.

“Algunas industrias necesitan aire muy caliente, 300C (572F), para secar algo, por ejemplo. Ahora estamos considerando cooperar con empresas industriales en el área de Kankaanpää que usan electricidad para producir calor. Tener una batería de arena que puedan cargar durante la noche sería darles flexibilidad y protegerlos de las fluctuaciones de precios”, dice.

Señalando las temperaturas extremas, la sequía y los incendios forestales que azotan al mundo, los jóvenes ingenieros finlandeses dicen que no podemos darnos el lujo de esperar para cambiar a nuevas tecnologías. “Necesitamos tomar decisiones valientes ahora para evitar la crisis [climática]”, dice Kivioja.

“Hay mucha presión sobre nosotros, los científicos e ingenieros, para resolver el cambio climático”, dice. “Convierto esa presión en inspiración, tal como lo hice cuando competía en el lanzamiento de disco. Cuando estás en el campo, preparándote para el próximo lanzamiento, no puedes congelarte bajo presión. Traigo la misma actitud a mi trabajo.”

Eronen dice que “crear una empresa es un poco como competir en el deporte: quieres ganar”. Junto con Ylönen, eligió recorrer en bicicleta 170 km (106 millas) desde su ciudad natal de Tampere para asistir a una conferencia sobre energía en Helsinki en 2018. “Todos los demás participantes llegaron en automóvil o avión. Eso nos hizo pensar: ‘realmente tenemos que tener un impacto'”.

 


PrisioneroEnArgentina.com

Noviembre 17, 2022


 

0 0 votes
Article Rating
Subscribe
Notify of
guest
3 Comments
Newest
Oldest Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments
3
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x