Por Pedro Gómez-Romero (ICN2-CSIC) *
De las pilas de simpáticos conejitos a las baterías de iones de litio encerradas en nuestros móviles, pasando por las pesadas baterías de plomo de los coches, las baterías del siglo XX nunca fueron actores principales de nuestras tecnologías. Parecían los parientes pobres de los móviles o de los coches, y, además, solo nos acordábamos de ellas cuando se gastaban, siempre en el peor momento, claro. Pero eso está a punto de cambiar.
El crecimiento de las renovables solo es posible de la mano de un crecimiento simultáneo del almacenamiento estacionario de energía.
Tomemos como ejemplo las baterías de iones de litio, bendecidas por Sony en 1991 para alimentar nuestros móviles. Ante todo, se les exigía (y se les sigue exigiendo) ligereza y compacidad, para ocupar poco espacio en la obra maestra de ingeniería y arquitectura que es nuestro móvil. El coste era secundario ante los desorbitados precios que el consumidor estaba dispuesto a pagar por la última versión del objeto de deseo. Y de su vida útil ya ni hablemos, puesto que las estadísticas confirman que cambiamos de móvil a mayor velocidad que lo que tarda en jubilarse su batería.
Pero las cosas están cambiando. De entrada, la consolidación de la tecnología de litio ha hecho que sus nichos de aplicación se extiendan a campos en tremenda expansión, como el vehículo eléctrico. Y entonces, de repente, la cosa cambia: tanto el precio de las baterías como su vida útil adquieren una importancia vital.
Además, la misma tecnología de litio se aplica ya en otros campos estratégicos como el almacenamiento estacionario de electricidad. Os cuento un caso real que conozco bien: el de mi propia casa. Vivo en una casa pasiva, que produce toda la energía que necesita y más, y que está aislada de la red eléctrica. De noche mi casa vive alimentada por un par de módulos de baterías de litio, que son esencialmente las mismas que se usan en móviles y en coches eléctricos. Todas descansan sobre el uso de iones de litio. Pues bien, el fabricante de mi sistema ya ha informado a todos sus clientes que sube los precios debido al encarecimiento de las materias primas. No es un caso aislado, las baterías de iones de litio están subiendo de precio este año 2022 después de décadas de continuos abaratamientos debidos a la economía de escala.
La excusa es la guerra de Putin, pero el rápido aumento de la demanda y los límites de producción de litio permiten predecir que los precios del litio seguirán altos después de la guerra. La crisis de materias primas (especialmente las más escasas) está aquí para quedarse.
Las baterías de litio también se utilizan en ordenadores.
Más allá de litio
Así, ha llegado el momento para el que la comunidad científica llevaba preparándose desde hace tiempo. Es la hora de sacar nuestras nuevas baterías del laboratorio y lanzarlas al mercado. Las conocemos como baterías “post-lithium” y las hay de sodio (Na), potasio (K), magnesio (Mg), calcio (Ca), cinc (Zn)… e incluso de aluminio (Al) o de hierro (Fe), que habrían sido impensables hasta hace poco tiempo. Todos estos elementos son mucho más abundantes que el litio (Li), aunque también más pesados, y algunos de ellos son capaces de producir dos y hasta tres electrones por átomo, mientras que cada átomo de litio solo es capaz de producir uno.
Pero además de estas baterías, de iones diferentes al litio, las baterías de un futuro más cercano de lo que creemos se basarán en químicas y formatos completamente diferentes. Por ejemplo, las baterías de tipo Metal-Aire (O2) o Metal-Azufre que han sido obstinadamente impracticables durante décadas y que ahora, con nuevos conocimientos, nanomateriales y herramientas científicas, están más cerca del éxito comercial. Estas baterías aportarían de hecho una gran mejora en la densidad de energía de las baterías: es decir, en la cantidad de energía que pueden almacenar en una unidad de volumen.
Aunque no todo depende de la densidad de energía de una batería. También es importante el tiempo de carga. Los supercondensadores, permiten cargas ultrarrápidas, con altas densidades de potencia y son capaces de brindar del orden de cientos de miles de ciclos de carga y descarga.
Además, los nuevos dispositivos híbridos que integran componentes o materiales de baterías con otros típicos de supercondensadores aspiran a brindar prestaciones similares a las de los supercondensadores, pero con mayor densidad de energía. Esta es la especialidad de mi grupo de investigación, NEO-Energy, en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2, CSIC-BIST).
Aparte de baterías de todo tipo, supercondensadores y dispositivos híbridos, también tenemos en nuestro catálogo nuevos formatos de tecnologías de almacenamiento de energía. Por ejemplo, las baterías de Flujo Redox en las que los elementos activos fluyen en lugar de estar encerrados en una celda electroquímica, como ocurre en las baterías convencionales. Este tipo de baterías es muy prometedor para el almacenamiento estacionario de electricidad renovable a gran escala, aunque es necesario seguir mejorando su densidad de energía.
Un futuro renovable
El almacenamiento de electricidad renovable no es la única nueva aplicación de las baterías, pero sí una de las más importantes entre las que hacen que las baterías ya no sean lo que fueron. La contribución de las energías renovables a la producción de electricidad en España roza el 50%. Hasta ahora, la variabilidad de la producción solar y eólica se compensaba con las energías de plantas nucleares de fisión o plantas de ciclo combinado (es decir, quemando gas natural). Sin embargo, en el futuro esta variabilidad se tendrá que compensar con una combinación de mayores interconexiones en la red eléctrica, almacenamiento masivo y gestión de la demanda. Cuando se alcance el 60% de electricidad renovable, habremos llegado a un punto crítico para el que tendremos que haber puesto en marcha cambios estructurales.
Instalación solar con batería incorporada.
La penetración de las renovables en nuestro mix energético deberá seguir creciendo, sin duda. Pero eso sólo será posible de la mano de un crecimiento simultaneo del almacenamiento estacionario de energía, que permita compensar la variabilidad solar y eólica. Además, dicho almacenamiento tendrá que desarrollarse sobre diversas tecnologías, que se adapten a los cortos, medios y largos periodos de almacenamiento en respuesta a la variabilidad a corto, medio y largo plazo de nuestras tecnologías de generación.
No es una transición fácil, pero sí absolutamente necesaria. Debemos acelerar para sacar del laboratorio todas esas tecnologías de almacenamiento y ponerlas a trabajar para lograr un nuevo modelo de energía verdaderamente sostenible. Porque es ahora cuando estamos creando la historia de nuestro futuro.
* Pedro Gómez-Romero es profesor de investigación, divulgador científico del CSIC y responsable del canal de youtube de divulgación científica Tecnosfera.