En concreto, se ha demostrado que una adecuada incorporación de silicio a la estructura del oxido de manganeso (Mn2O3) genera una capa protectora en la superficie de las partículas que impide que éstas se sintericen, contribuyendo al mismo tiempo a mejorar las operaciones de carga y descarga del sistema de almacenamiento. De esta manera se consigue mejorar la reversibilidad del material con una durabilidad extremadamente superior a la del material puro.
La hoja de ruta europea aspira a conseguir un sistema 100% renovable para 2050. Sin embargo, las fuentes de energía renovable no son gestionables y es necesario disponer de sistemas de almacenamiento que permitan disponer de la energía incluso en ausencia de fuente renovable.
Una de las grandes ventajas de las plantas CSP es que son capaces de almacenar grandes cantidades de energía a costes competitivos. De hecho, la primera planta CSP de torre desarrollada por la ingeniería española Sener, demostró recientemente que era posible mantener su producción durante 24 horas ininterrumpidas. Sin embargo, el coste de las energías renovables ha sido y sigue siendo el principal hándicap que frena su implantación masiva y por ello, la comunidad científica lleva años investigando sistemas que contribuyan a reducir el coste de la tecnología.
Almacenamiento térmico en plantas CSP
Las plantas CSP captan la energía del sol, con la que calientan un fluido, que después se utiliza para generar electricidad a través de un turbogenerador. Además, prácticamente la totalidad de las nuevas plantas CSP incorporan un sistema de almacenamiento térmico que permite extender la producción incluso después de la puesta de sol.
La tecnología de almacenamiento más extendida está compuesta por dos tanques donde se almacena una mezcla de nitratos, conocida como sal solar. Esta sal se calienta hasta 565°C cuando el campo solar produce más energía de la que se demanda, almacenándose en uno de los dos tanques. Cuando no hay sol, la sal caliente se hace pasar por un intercambiador donde cede su energía al fluido de trabajo, que se envía al bloque de potencia, permitiendo mantener la producción eléctrica. A su vez, la sal solar, una vez fría, se envía al segundo tanque de almacenamiento para empezar el ciclo de nuevo.
En el campo del almacenamiento térmico, los materiales termoquímicos, que almacenan calor mediante reacciones químicas reversibles, han demostrado que pueden multiplicar por 10 las densidades energéticas de los sistemas que almacenan calor sensible, como el sistema de doble tanque con sal solar y por lo tanto, pueden contribuir a reducir sustancialmente el coste del sistema de almacenamiento.
Sin embargo, también se ha observado cierta complejidad a la hora de poder mantener una completa reversibilidad de estas reacciones durante toda la vida de una planta CSP, así como dificultades a la hora de integrar la solución en la operación de la planta de una manera que permita extraer todo su potencial y, por lo tanto, aún se requiere de un intenso trabajo de investigación para poder llegar a demostrar la tecnología a escala real.
Proceso de almacenamiento térmico con materiales termoquímicos para plantas CSP
Las reacciones redox en plantas CSP
Las reacciones más estudiadas en el campo del almacenamiento térmico para plantas CSP se corresponden con las reacciones de reducción y oxidación (Redox) utilizando óxidos metálicos o mezclas de estos, dado que suceden en un rango de temperaturas muy adecuado para la gestión energética de las plantas CSP que se están diseñando para el futuro y que contemplan mayores eficiencias de conversión calor a electricidad.
Además, se trata de un material sólido que, cuando es calentado, genera un nuevo óxido sólido y oxígeno en forma gaseosa, y, por lo tanto, es posible utilizar simplemente aire como fluido caloportador, dado que su contenido en oxígeno permite que actúe al mismo tiempo como reactivo. Entre estos materiales se encuentran: Co3O4/CoO, Mn2O3/Mn3O4, BaO2/BaO y CuO/Cu2O, siendo el Co3O4 y Mn2O3 los más investigados y prometedores.
El grupo Reacciones químicas en estado sólido de CIC energiGUNE desarrolla una línea de investigación basada en el óxido de manganeso, dado que se trata de un compuesto de alta disponibilidad, bajo coste y no tóxico.
Los investigadores de CIC energiGUNE confían en que los resultados obtenidos permitirán aspirar a desarrollar y demostrar una solución de almacenamiento termoquímico, con base Mn2O3/Mn3O4, a escala relevante en los próximos años, contribuyendo a mejorar la competitividad de las plantas CSP del futuro y al cumplimiento de los objetivos de sostenibilidad y hoja de ruta europea.
