A pesar de los importantes problemas de corrosión, las sales fundidas se utilizan comúnmente en una amplia gama de aplicaciones como las plantas de energía solar concentrada, las plantas de almacenamiento, la tecnología "power-to-heat-to-power", las plantas de energía nuclear y las celdas de combustible, por nombrar algunas.

Sin embargo, la compatibilidad de las sales fundidas con los materiales de construcción a altas temperaturas es un desafío importante, que puede poner en duda la viabilidad de toda la tecnología.

Esto es particularmente importante para las tecnologías de Almacenamiento de Energía Térmica (TES), que implica miles de toneladas de sal fundida. La competitividad y el costo final de las soluciones de TES a gran escala dependen en gran medida del uso de materiales de construcción de bajo costo, lo cual es un desafío debido a la corrosión. Esto se debe a que la sal fundida es un electrolito, que a altas temperaturas presenta una alta reactividad, especialmente con los metales, lo que conduce a una oxidación severa.

Los desafíos mencionados anteriormente se manifiestan particularmente en la tecnología de energía termosolar concentrada (CSP). La CSP implica la concentración de la irradiación solar para generar calor, que más tarde puede transformarse en electricidad.

Esta tecnología renovable es particularmente atractiva cuando se integra con una unidad de almacenamiento de energía térmica en sales fundidas. Para alcanzar una alta eficiencia, la CSP de 3ª generación requiere trabajar a temperaturas superiores a los 700ºC, lo que significa el uso de cloruros fundidos o sales de carbonatos fundidos para el almacenamiento de calor.

Hoy en día, ha quedado claro que la aplicación con éxito de este concepto de CSP de alta temperatura depende en gran medida de la resolución de los problemas de corrosión entre las sales fundidas y el acero inoxidable a temperaturas superiores a 700⁰C, ya que el uso de superaleaciones para el tanque de almacenamiento de TES aumenta el precio final de la electricidad producida más allá de los valores aceptables del mercado.  

En CIC energiGUNE profundizamos en los fenómenos interfaciales que rigen la degradación de los materiales para proporcionar soluciones prácticas y eficaces contra la corrosión por sales fundidas para las tecnologías de almacenamiento de energía térmica a alta temperatura.

Para hacer frente a este desafío, nos basamos en nuestras instalaciones de última generación y en un enfoque innovador, que ha dado lugar a varios métodos anticorrosión no convencionales.

El grafito: de problema a solución     

Por ejemplo, mediante un análisis exhaustivo de los fenómenos químicos y físicos subyacentes, se desarrolló un método de grafitización para mejorar la compatibilidad de las sales fundidas con el tanque de almacenamiento de plantas de energía solar concentrada.

No se trataba de una solución trivial, ya que, en general, el grafito está prohibido en el tanque de sales fundidas debido a su descomposición a alta temperatura. Sin embargo, el método propuesto implica la descomposición local del grafito en la interfaz "acero - sal fundida" (el epicentro del proceso de corrosión) para formar una capa protectora y alcanzar la pasivación de la superficie del acero debido a la formación de carbonatos/carburos.

En este caso, se requiere una cantidad muy pequeña de grafito para alcanzar el efecto protector, lo que no afecta a las condiciones operacionales de la planta de CSP ni a las propiedades de las sales fundidas. Además, se suprimió una corrosión localizada altamente indeseable.

Las nanopartículas como solución a la corrosión

Otra línea de investigación en el área de Almacenamiento de Energía Térmica del CIC energiGUNE está dedicada al uso eficiente de las propiedades únicas de los nanomateriales para abordar los problemas de corrosión de las sales fundidas. Recientemente hemos descubierto que las nanopartículas dispersas en la sal fundida permiten la difusión y las reacciones químicas con los materiales de construcción, lo cual no se produce con los materiales de mayor tamaño (macroscópicos).

Estos conocimientos se utilizaron para mitigar la corrosión de varias sales fundidas de nitratos y carbonatos en beneficio de las tecnologías de almacenamiento de energía térmica para la generación de energía, en particular para la energía termosolar concentrada.

En función de la sal, demostramos que la interacción química o la difusión de las nanopartículas en la capa de corrosión tiene lugar en las condiciones operativas de la CSP. Estos fenómenos dan lugar a la formación de una capa de corrosión con mayor estabilidad e impiden la difusión del cromo en la sal fundida, reduciendo significativamente las tasas de corrosión y la pérdida de material.  

Mediante la comprensión profunda de los fenómenos interfaciales químicos y físicos subyacentes, CIC energiGUNE ofrece soluciones innovadoras para mejorar la compatibilidad y el envejecimiento de los materiales sometidos a medios agresivos de sales fundidas y otros fluidos de almacenamiento/transferencia de calor.

Estamos en la interfaz de la ciencia y la tecnología.