Un equipo de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM) trabaja con unos materiales nuevos como alternativa a los fluidos de sales empleados en las centrales termosolares para almacenar calor y generar electricidad. Entre otras ventajas, alcanzan el doble de temperatura, son más baratas y no se degradan.
En 2023, España alcanzó una cifra récord de producción de energía limpia. La mitad de la electricidad generada en provino de fuentes renovables; y la tendencia continúa en lo que va de 2024, ya que las energías limpias suponen un 65 por ciento del mix energético, según Red Eléctrica, el operador del sistema eléctrico español. Los datos confirman que nuestro país se ha tomado en serio el cambio de modelo energético, y cada vez es más factible llegar al 81 por ciento de generación renovable en 2030 marcado en las agendas estatales.
El camino elegido es el correcto, sin embargo todavía hay aspectos por mejorar, como el almacenamiento de esa energía, así como el desarrollo de sistemas que permitan gestionarla en función de la demanda, es decir, una especie de botón de ‘encendido y apagado’, para inyectar en la red esta electricidad verde.
Por qué se caracteriza la energía termosolar
La energía termosolar es, por ahora, la única tecnología renovable, aparte del hidrógeno verde, que permite generar electricidad a demanda. Está fórmula se basa en un sistema de espejos que concentran la radiación en el receptor de una torre, para recoger toda esa radiación de los espejos en forma de calor que puede ser acumulado en un fluido caloportador, como son las sales fundidas. Ese calor se utiliza para producir vapor, que en un segundo proceso se usa para mover un conjunto de turbinas, donde finalmente se genera la electricidad.
Estos sistemas funcionan y permiten mantener la producción de electricidad incluso durante la noche. Sin embargo, hay margen de mejora, tal y como ha demostrado el grupo de investigación de Eficiencia Energética y Sistemas Térmicos del Instituto de Investigación en Energías Renovables de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM), con una línea de investigación sobre el material encargado de almacenar el calor durante la ausencia de luz solar.
Cuál es el nuevo material para tener una termosolar más eficiente
Concretamente, los investigadores, con base en Albacete, emplean arena convencional como alternativa a las sales contenidas en los tanques de sales de las centrales termosolares. Este material hace posible de almacenar más calor y durante más tiempo, y se da un salto de calidad en la eficiencia de todo el sistema de energía termosolar.
Las arenas con las que trabaja este equipo de investigación permiten que en el tanque se alcancen los mil grados. Con las sales fundidas usadas actualmente solamente se puede alcanzar una temperatura de 560 grados centígrados. Si superan ese nivel se degradan y hay que cambiarlas, con el sobrecoste que esta operación implica. Con esos 560 grados se consigue que una planta termosolar pueda seguir generando electricidad unas diez horas en ausencia de luz solar, unos parámetros aceptables, pero mejorables.
Esta línea de trabajo se inició en la UCLM con un proyecto nacional para buscar nuevos materiales para almacenar energía, que permitió el de la tesis doctoral de la actual profesora, Minerva Díaz Heras.
Qué tipo de arenas se emplean como alternativa al lecho de sales fundidas
Minerva Díaz ha propuesto sustituir esos fluidos de sales por sólidos, más concretamente, por arena convencional, como la que se emplea en las depuradoras de las piscinas o la misma arena de playa. Es más, últimamente está probando el comportamiento de las arenas volcánicas de La Palma, con las que actualmente no se sabe muy bien qué hacer y para las que este sistema de almacenamiento de calor puede ser una salida más que interesante.
Esta investigadora plantea un sistema de almacenamiento en sólidos, pero unos materiales que se comportan como un fluido, gracias a un chorro de aire que se inyecta en el tanque de almacenamiento, que les hace moverse y dispersar el calor por todo el recinto.
«Con este sistema conseguimos que actúen como si fuera aceite hirviendo», aclara Minerva Díaz.
Estos nuevos ‘fluidos’ con aire y arena están diseñados para plantas de concentración solar en torre, en las que un conjunto de heliostatos proyectan la luz del sol a un solo punto, en el que se alcanzan temperaturas de miles de grados.
Qué diseño de planta termosolar es el ideal para estos nuevos materiales
A diferencia de las termosolares de concentración actuales, en el modelo propuesto por este equipo del Instituto de Investigación en Energías Renovables de la UCLM se prescinde de un sistema de transporte de calor desde la torre al tanque, ya que la propia torre haría las veces de almacén del material: allí mismo recibe la luz del sol y almacena el calor durante horas. Como explica Minerva Díaz, «Ese fluido se movería de la parte inferior a la superior. Las partículas se mueven y hacen que se distribuya el calor por todo el lecho».
Ahora, el objetivo es mejorar la absortividad de las arenas, es decir, la capacidad para atraer luz y, por tanto calor. «Para ello trabajamos en la pigmentación de las arenas con metales para hacerlas más oscuras o, directamente, usamos arenas volcánicas, que son oscuras», afirma la investigadora de la UCLM.
Dónde se ha probado esta tecnología de concentración solar
Los ensayos con este material para almacenar el calor se han llevado a cabo en laboratorio, con un sistema se simula una central de concentración solar en torre. Se trata de un recipiente, al que se le inyecta aire por debajo que se complementa con una lámpara y una elipse que hace efecto lupa.
El equipo de investigación con sede en Albacete ha comprobado que por cada hora y media de exposición a la luz, el lecho es capaz de almacenar calor para una hora más. Y eso en condiciones no idóneas, a temperatura ambiente. «Si lo introducimos en un tanque aislado se podría mantener el calor durante mucho más tiempo», afirma.
Con todo este trabajo de investigación se pretende contar con unos tanques que alcancen una temperatura mayor, que potencien la producción de vapor y, por tanto, de energía eléctrica. Se busca también una simplificación de los sistemas. Y sobre todo, ahorrar costes, ya que las arenas empleadas pueden ser las que se encuentren en el entorno cercano de la planta, ya que no se requieren unas condiciones dificiles de lograr; y tienen una vida útil mucho más prolongada que los actuales fluidos con sales fundidas.
El próximo mes de septiembre, Minerva Díaz iniciará una estancia de investigación en la Universidad Universidad de Chalmers, en Gotemburgo (Suecia), donde podrá hacer ensayos de su tecnología con unos equipos de mayor tamaño, lo que le permitirá afinar todavía más estos materiales, que ya se emplean en algunas plantas de Estados Unidos e Italia.
Esta línea de investigación ha despertado el interés de la comunidad científica y representa una estrategia de futuro para asegurar la disponibilidad de energía renovable, independientemente de las condiciones meteorológicas.
El trabajo realizado en la UCLM sobre esta tecnología de almacenamiento de energía térmica va en la buena línea; muestra de ello es que Minerva Díaz ha recibido el premio internacional del consorcio Inpath-TES por sus publicaciones en revistas internacionales y prometedora carrera investigadora dentro de las energías renovables y almacenamiento de energía.
