Un nuevo e innovador sistema de almacenamiento por gravedad con un diseño de edificio «estilo ascensor» es una solución viable para el almacenamiento de energía global a escala de red.

Se espera que la energía renovable aumente del 12 % del suministro mundial de energía actual al 90 % en 2050. Sin embargo, el uso generalizado de energía renovable está siendo desafiado por la interrupción del sol y el viento, y aún no estamos en un lugar donde podamos almacenar suficiente energía para evitar estos problemas.

A medida que aumenta el suministro de energía renovable en todo el mundo, también lo hace la demanda de almacenamiento de energía a escala de red. Se pronostica que el mercado anual combinado para el almacenamiento de energía estacionario y de transporte se cuadriplicará desde alrededor de 600 GWh en la actualidad a más de 2500 GWh para 2030.

En la actualidad, la capacidad mundial de almacenamiento de energía está dominada por centrales hidroeléctricas de bombeo por gravedad (90 %), seguidas de baterías de litio, plomo-ácido y zinc (5 %), y la capacidad restante corresponde a baterías térmicas y de flujo, baterías comprimidas aire, volantes y otros sistemas mecánicos basados ​​en la gravedad.

gravitational potential energy
La energía potencial gravitacional es una de las pocas soluciones viables de almacenamiento de energía a escala de red. Reimpreso con permiso de Energy Vault

En el contexto del almacenamiento de energía a gran escala a nivel de red, las soluciones basadas en la gravedad dominan actualmente el sector comercial. Las plantas de energía de almacenamiento por bombeo, por ejemplo, son una tecnología confiable con un tiempo de respuesta rápido y durabilidad comprobada.

Sin embargo, adolece de la disponibilidad, escalabilidad y costo de tierras montañosas adecuadas y ricas en agua, baja eficiencia energética de ida y vuelta (70%), construcción intensiva en carbono y el desafío de ubicar el sol y el viento simultáneamente.

Almacenamiento de energía por gravedad

escribí dos ADN Artículo en 2019 sobre algunos nuevos desarrollos emocionantes en el almacenamiento de energía renovable como energía potencial gravitatoria al subir y bajar objetos pesados ​​(Almacenamiento de energía de gigavatios con agua y piedras y El cambio climático requiere un trabajo pesado). En ese momento, Energy Vault era una empresa privada suiza fundada en 2017 que me llamó la atención. En un proyecto de demostración construido y presentado en Suiza, demostraron el primer uso de grúas para levantar y bajar bloques compuestos pesados ​​en arquitecturas masivas para almacenar y liberar cantidades significativas de electricidad renovable.

Es importante destacar que los bloques compuestos permiten el uso de materiales alternativos para reemplazar sustancias contaminantes como el hormigón, que representa el 7-8% de las emisiones de gases de efecto invernadero. Además, la tecnología puede permitir el reciclaje de varios materiales de desecho preexistentes, lo que a su vez ayudará a las grandes empresas industriales y de servicios públicos a convertir los pasivos financieros y ambientales en activos de infraestructura para respaldar su transición a un enfoque económico totalmente circular.

Grid scale gravitational renewable energy
Sistema de almacenamiento por gravedad de energía renovable a escala de red. Reimpreso con permiso de Energy Vault

Por ejemplo, la escoria de chatarra de carbón y las palas de rotor de turbinas eólicas desechadas se pueden desviar de los vertederos a los bloques compuestos diseñados a medida de la empresa que anclan los sistemas impulsados ​​por gravedad. Al maximizar el uso de suelo, arena y materiales de desecho locales, incluidos los resultados de la producción de combustibles fósiles, el diseño de la cadena de suministro de Energy Vault reduce el impacto de los gases de efecto invernadero del sector del transporte al tiempo que aumenta los empleos para la economía local.

El resultado es una solución al final de su vida útil para materiales que son difíciles de degradar y pueden tener un impacto negativo en el medio ambiente. Esta reutilización beneficiosa elimina los desechos y permite el uso continuo de los recursos locales como parte de una economía circular.

Durante la elevación, la electricidad se almacena como energía potencial gravitacional en los bloques, y durante el descenso, la energía potencial almacenada impulsa un motor-generador para regenerar electricidad con las menores pérdidas posibles para maximizar la eficiencia del proceso.

La capacidad tecnológica y el potencial comercial de este sistema basado en la gravedad en comparación con otros nuevos participantes en el campo del almacenamiento de energía no eran evidentes en ese momento, especialmente el costo nivelado de la electricidad en $/MWh en comparación con las baterías de iones de litio. De alguna manera, las grúas extremadamente altas que levantan y bajan bloques masivos en grandes sitios de construcción no parecían una solución global práctica para el almacenamiento de energía renovable a escala de red.

Un avance rápido hasta hoy y he cambiado de opinión. Cotizada en la Bolsa de Valores de Nueva York desde abril de 2022, Energy Vault es una de las empresas más emocionantes de ver con la sorprendente noticia de su último sistema de almacenamiento de energía gravitacional.

En solo tres años, ha construido un alcance global impresionante con su avanzado sistema de almacenamiento por gravedad en los cinco continentes, con proyectos por un valor de más de $ 32 mil millones en los próximos cinco años.

¿Qué cambió para llevar a Energy Vault a alturas tan grandes?

Sencillo, simplificaron su sistema de almacenamiento por gravedad al incorporar el levantamiento y descenso de pesos pesados ​​en un diseño de edificio familiar de «estilo ascensor» que cumple con todos los códigos de construcción internacionales. También han perfeccionado el proceso de fabricación de sus materiales compuestos ecológicos y totalmente reciclables.

El sistema Energy Vault se puede construir literalmente en cualquier lugar donde se pueda construir un edificio. Es escalable bajo demanda sin restricciones topológicas ni geográficas y cuenta con un diseño modular flexible con la capacidad de entregar GW de energía durante períodos cortos y largos para manejar cortes de energía solar y eólica.

El sistema de almacenamiento de energía también puede soportar condiciones climáticas adversas y variables, es resistente a la degradación de la capacidad de almacenamiento con el tiempo, no depende de la extracción y refinación de metales raros y tóxicos que consumen mucho carbono, y está libre de riesgos químicos y de seguridad contra incendios.

La eficiencia de ida y vuelta, o la relación entre la energía almacenada y la energía consumida, es actualmente del 83 al 85 %, que está bastante cerca del valor de rendimiento comparable de las baterías de iones de litio, que duran del 87 al 89 %. Lo que es más importante, afirma ofrecer un costo nivelado de electricidad más bajo que cualquier tecnología de la competencia, en particular el 60% de las baterías de iones de litio actuales; para 2025, se proyecta que esto caerá al 51%.

Creo que esta es una de las soluciones sostenibles más prometedoras para el almacenamiento de energía renovable a escala de red mundial. Es casi seguro que demostrará ser una pieza indispensable del rompecabezas de la economía circular, ya que tendrá un impacto positivo en la creación de nuevas industrias y empleos para tecnologías limpias, evitando la responsabilidad ambiental, mejorando el cambio climático y frenando el calentamiento global.

¡Eso es lo que yo llamo levantar objetos pesados!

Escrita por Geoff Ozin y Athan Tountas

Grupo de Combustibles Solares, www.solarfuels.utoronto.ca

Imagen destacada: El Centro de Resiliencia de la Bóveda de Energía (EVRC). Reimpreso con permiso

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