El almacenamiento de energía térmica y su conversión son elementos fundamentales en el camino hacia una transición energética sostenible y eficiente. Estos procesos permiten captar, almacenar y posteriormente utilizar la energía térmica, ofreciendo soluciones innovadoras para la gestión de la energía.

En un contexto global donde la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y el uso eficiente de los recursos energéticos son prioritarios, el almacenamiento de energía térmica y su conversión emerge como una tecnología crucial así como su posterior conversión.

Centrándonos en la parte del almacenamiento, encontramos diferentes tecnologías agrupadas dentro de este campo que implican la captura de calor o frío para su uso posterior. Esto se puede lograr a través de diferentes métodos, como el almacenamiento de calor sensible, el almacenamiento de calor latente y el almacenamiento termoquímico.

Cada uno de estos métodos tiene sus propias ventajas y aplicaciones específicas. Por ejemplo, el almacenamiento de calor sensible se basa en la capacidad de ciertos materiales para almacenar calor cuando se calientan, mientras que el almacenamiento de calor latente aprovecha los cambios de fase de los materiales (como la fusión y la solidificación) para almacenar y liberar grandes cantidades de energía. Por otro lado, el almacenamiento termoquímico utiliza reacciones químicas reversibles para almacenar y liberar energía.

Por su parte, en lo que se refiere a la conversión de energía térmica, hablamos de una fase posterior al almacenamiento que consiste en la transformación de la energía térmica almacenada en otras formas de energía útiles, como la electricidad o el trabajo mecánico. Este proceso es esencial para aprovechar la energía almacenada de manera efectiva, permitiendo su uso en diferentes aplicaciones, desde la generación de electricidad hasta la calefacción y refrigeración de edificios.

Un cada vez mayor interés del mercado y la industria

Debido a sus características y potencial, el mercado del almacenamiento térmico y su conversión está experimentando cada vez más un interés significativo, impulsado por la referida creciente necesidad de soluciones sostenibles y eficientes para la gestión de la energía. Sobre todo, teniendo en cuenta las diversas industrias que pueden verse beneficiadas por las oportunidades brindadas por este sector.

Por un lado, encontramos al sector industrial. Actividades como la siderurgia, la química o la alimentaria requieren grandes cantidades de calor para llevar a cabo sus procesos productivos. El almacenamiento de energía térmica, así como su conversión puede ayudar a estas industrias a gestionar sus necesidades de calor de manera más eficiente, reduciendo los costos energéticos y las emisiones de carbono.

Igualmente, encontramos al sector de la energía. Las plantas de energía solar concentrada (CSP) y otras instalaciones de energía renovable están adoptando tecnologías de almacenamiento térmico para mejorar la fiabilidad y la estabilidad de la generación de energía. Al almacenar el exceso de energía generada durante los períodos de alta producción, estas plantas pueden proporcionar un suministro constante de electricidad, incluso cuando la producción de energía renovable es baja.

Por otro lado, y teniendo en cuenta los objetivos de eficiencia deseados, la industria de la construcción es otra área de actividad en la que el almacenamiento térmico tiene un importante rol. No en vano, algunas de estas tecnologías ya se utilizan en edificios para la calefacción y la refrigeración eficiente. Ya se está trabajando además con nuevas innovaciones como los materiales de cambio de fase (PCM), que pueden almacenar y liberar calor, mejorando la eficiencia energética de los edificios y reduciendo los costos de calefacción y refrigeración.

Finalmente, y como ya hemos mencionado en otras entradas del blog, el almacenamiento y gestión térmica es clave también en los futuros modelos de movilidad, al contribuir a mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones. Ejemplo de ellos son los sistemas de gestión térmica de baterías (BTMs), los cuales son cruciales para mantener las baterías de vehículos eléctricos (EV) dentro de un rango de temperatura óptimo.

Distintas áreas de investigación y oportunidad

De cara a asegurar que el campo del almacenamiento térmico y su conversión cumple con sus expectativas, las actividades de investigación y desarrollo en torno a estas tecnologías se centran en diversas áreas clave para maximizar su potencial.

En primer lugar, una de las principales áreas de enfoque actual en la industria es el estudio de materiales y procesos para aplicaciones en el almacenamiento de energía termoquímica y la producción de combustibles, con un énfasis particular en el hidrógeno verde (otra de las grandes industrias del futuro verde). El objetivo de esta área de actividad es desarrollar materiales capaces de almacenar y liberar energía de manera eficiente a través de reacciones químicas en estado sólido.

Por otro lado, otra de las grandes áreas de estudio y desarrollo en este campo es la investigación de conceptos y materiales disruptivos basados en transiciones de fase de primer y segundo orden. Estos materiales, que cambian de fase a ciertas temperaturas, son altamente eficientes para el almacenamiento de energía térmica. Pueden ser utilizados en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo sistemas de calefacción y refrigeración, así como en la gestión de la energía térmica en procesos industriales.

Así mismo, en los últimos años también está ganando protagonismo la investigación en torno a las interacciones fisicoquímicas en las interfaces sólido-líquido así como el desarrollo de materiales porosos. Se considera un campo muy atractivo ya que los materiales porosos pueden mejorar significativamente la eficiencia de los sistemas de almacenamiento de energía al aumentar la transferencia de calor y la superficie de interacción. Es por ello que estas investigaciones son esenciales para aplicaciones de recolección de energía termo-mecánica.

Otra área crítica es el desarrollo de nuevos materiales y sistemas catalíticos para el almacenamiento de energía térmica, la valorización de residuos, y la generación y almacenamiento de combustibles sostenibles. La investigación en líquidos iónicos y otros materiales avanzados busca mejorar la eficiencia de los procesos de almacenamiento y conversión de energía. Los líquidos iónicos, debido a sus propiedades únicas, ofrecen un gran potencial para aplicaciones de almacenamiento térmico y catalítico.

Finalmente, y más allá de la investigación, el desarrollo de aplicaciones a nivel de sistema para nuevos materiales de almacenamiento de energía térmica es fundamental para llevar estas tecnologías al mercado. En este punto, se trabaja en el desarrollo de la ingeniería y el prototipado de sistemas integrados buscan proporcionar soluciones prácticas y escalables para la industria. Esto incluye la creación de sistemas de almacenamiento térmico para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales, optimizando estos sistemas para maximizar su eficiencia y rendimiento.

Estas actividades de investigación y desarrollo (en las que trabaja de forma destacada CIC energiGUNE) están impulsando las posibilidades que ofrece el almacenamiento térmico y su conversión, contribuyendo a una industria energética más sostenible y eficiente. Los avances en estas áreas no solo se espera que mejoren la eficiencia energética y la estabilidad del suministro, sino que también apoyen la transición hacia un futuro energético más limpio y seguro, logrando así el futuro y metas sostenibles fijadas para los próximos años.

Autor: Iñigo Careaga, responsable de Estrategia de CIC energiGUNE

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