Las baterías gigantes suministran energía renovable cuando es necesaria

La empresa de baterías de flujo revive la investigación de la NASA después de casi 50 años.

La energía solar es abundante, cuando brilla el sol. La energía eólica es estable, cuando sopla el viento. Y una red eléctrica es extremadamente cómoda, hasta que se produce un apagón.

Pero crear un suministro constante de electricidad a partir de fuentes de energía intermitentes es un desafío.

Las baterías de flujo ESS permiten un suministro constante de electricidad a partir de fuentes de energía intermitentes, como la eólica y la solar. Almacenan hasta 12 horas de energía y la descargan cuando es necesario. Se pueden construir en contenedores de envío, como el que se está instalando en la imagen aquí, o se pueden alojar instalaciones más grandes en un edificio. Crédito de la imagen: ESS Inc.

La NASA se centró en este problema hace más de 45 años, cuando la agencia diseñó un nuevo tipo de batería líquida durante las crisis de los precios de la energía de la década de 1970.

Y aunque los ingenieros continuaron durante las siguientes décadas desarrollando baterías de flujo, como se las llama, la tecnología ha atraído aún más atención en los últimos años, con la urgencia del cambio climático impulsando una transición a mayor escala hacia energías renovables como la solar y la eólica.

ESS Inc., con sede en Wilsonville, Oregón, se basó en los primeros trabajos de la NASA cuando la empresa desarrolló sus propias baterías de flujo utilizando únicamente hierro, sal y agua.

Según la empresa, los sistemas no requieren extracción ni eliminación de metales pesados ​​y se encuentran entre las soluciones de almacenamiento de energía más seguras disponibles. Sin piezas corrosivas, ofrecen un rendimiento como nuevo después de un uso diario durante más de 20 años y solo requieren un mantenimiento sencillo para durar más. Se pueden ampliar fácilmente según sea necesario.

El trabajo de décadas de la NASA sobre baterías de flujo, gran parte del cual es público y de fácil acceso, proporcionó al equipo de ESS formas creativas de analizar los problemas comunes con la tecnología, dijo Craig Evans, fundador y presidente de la compañía.

«Siempre se remonta a la investigación», dijo. «Si no tienes que reinventar la rueda, ciertamente puedes hacer las cosas más rápido».

Para desarrollar su batería de flujo, ESS se basó en investigaciones y desarrollos innovadores realizados por la agencia espacial hace más de 40 años. En la foto, una unidad de demostración de 200 vatios de la batería de flujo que la NASA construyó en las décadas de 1970 y 1980. Crédito de la imagen: NASA

Tecnología de batería de flujo

Probablemente sea justo decir que todas las baterías de flujo actuales le deben algo al gran impulso que recibió la tecnología en las décadas de 1970 y 1980, cuando un equipo de ingenieros químicos, eléctricos y mecánicos de la NASA desarrolló una batería de flujo de hierro-cromo (Escindir 1985, 2008) en el Lewis Research Center (ahora Glenn Research Center) en Cleveland.

El sistema de la NASA, que ganó premios de la agencia, incluía dos tanques de soluciones de electrolitos líquidos, uno con cloruro de hierro y el otro con cloruro de cromo. Estos electrolitos fueron bombeados a través de la celda de la batería, provocando una reacción química a través de una membrana que separó las dos soluciones dentro de la batería.

Durante la carga, la energía eléctrica se convertía en energía química y se almacenaba en el líquido electrolítico. Para descargar la energía se invirtió el proceso.

Cuando el equipo de ESS comenzó a desarrollar su propia batería de flujo en 2011, los fundadores de la empresa querían utilizar hierro, el elemento más abundante en la Tierra, como lo había hecho la NASA. Descubrieron que podían combinarlo con una solución salina simple, que era más barata de obtener y más fácil de trabajar que la mezcla de cromo que había utilizado la NASA.

Paneles de células solares – fotografía ilustrativa. Crédito de la imagen: Jeroen van de Water vía Unsplash, licencia gratuita

Baterías de flujo gigante: una bendición para las empresas

Las baterías de flujo ESS están diseñadas para redes que funcionan cada vez más con generación eólica y solar intermitente. Los sistemas de la empresa almacenan hasta 12 horas de energía y la descargan cuando es necesario. San Diego Gas & Electric los ha implementado, por ejemplo, en una microrred diseñada para proporcionar energía de respaldo a instalaciones comunitarias críticas, alimentada por un panel solar en el sitio.

Otras empresas de servicios públicos y desarrolladores, incluidos Portland General Electric y Enel Green Power, también planean instalar sistemas ESS.

También trabajan en empresas y fábricas independientes (por ejemplo, Sycamore International, una instalación comercial en Pensilvania) donde ayudan a nivelar la energía capturada de los paneles solares de los tejados, por ejemplo. Esto permite a las fábricas almacenar la energía generada por los paneles durante las horas pico de sol y utilizarla durante todo el día.

Estas instalaciones también pueden terminar funcionando como una alternativa a, digamos, un generador diésel de respaldo que mantiene un edificio en funcionamiento durante cortes de energía o cortes de energía por seguridad, que son cada vez más comunes en la costa oeste durante la temporada de incendios forestales.

Los generadores diésel emiten contaminantes nocivos y, en sí mismos, suponen un peligro de incendio. Otra tecnología, las baterías de iones de litio, que se utilizan comúnmente en electrónica, pueden ampliarse hasta instalaciones del tamaño de una red o una microrred, pero presentan riesgos de incendio, no son opciones viables para duraciones de almacenamiento más allá de unas pocas horas y requieren litio. lo cual es ambientalmente problemático.

«La capacidad de instalar una tecnología como la nuestra, que no es inflamable y es limpia desde el principio hasta la muerte, es una gran ayuda para las empresas que buscan mantenerse en funcionamiento durante un apagón», dijo Evans.

ESS salió a bolsa a finales de 2021 y, en 2022, anunció que se expandiría en Europa con sus dos productos de baterías: Energy Warehouse, un sistema de baterías llave en mano construido dentro de un contenedor de envío, y Energy Center, un centro de servicios públicos más grande. escalar «batería en un edificio».

La compañía espera enviar entre 40 y 50 sistemas en 2022 y dijo que tenía pedidos adicionales además de eso.

Lecciones del pasado

Para aumentar la cantidad de energía que se puede almacenar en una batería de flujo líquido, simplemente es necesario agregar más solución electrolítica, una ventaja de esta tecnología. Para aumentar la potencia, se pueden apilar celdas de batería adicionales a través de las cuales se bombea el electrolito.

Pero a medida que el electrolito viaja a través del sistema, pierde energía entre cada celda de la batería, una ineficiencia llamada pérdidas en derivación. La NASA trabajó para mitigar las pérdidas por derivación en su sistema de batería de flujo y publicó una investigación sobre el tema en 1982. ESS aprovechó ese trabajo para hacer su propio sistema más eficiente.

«La investigación de la NASA sobre las pérdidas por derivación nos dio algunas buenas ideas y buenas formas de modelar las cosas», dijo Evans.

A partir de investigaciones del sitio web y las bibliotecas de la agencia, ESS también se refirió a la guía de la NASA sobre el manejo del hidrógeno (que resulta de una reacción secundaria en el sistema ESS y luego se reincorpora nuevamente al sistema), así como a la investigación sobre la membrana que separa las mezclas de electrolitos. .

Thomas Miller, un ingeniero de investigación de Glenn que trabajó en el proyecto de la batería de flujo cuando era estudiante a fines de la década de 1970, recordó que todo el hardware del sistema fue construido a medida, desarrollado mediante prueba y error.

Después del proyecto de batería de flujo, que fue financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., Miller dijo que parte del conocimiento adquirido se utilizó para informar el trabajo de la NASA sobre celdas de combustible regenerativas y otras tecnologías.

Las baterías de flujo, que nunca fueron destinadas al espacio, son las más adecuadas para exactamente el tipo de aplicaciones terrestres que persigue ESS, dijo Miller.

«La NASA está financiada por los contribuyentes, por lo que haremos la investigación y luego se la entregaremos a la industria para que se encargue de ello», dijo Miller. «Esta es una buena aplicación de nuestra investigación básica».

Fuente: NASA