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Mar, Sep

Nitrato de litio: una batería térmica en el norte de Chile

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El Centro de Desarrollo Energético de Antofagasta (CDEA) de la Universidad de Antofagasta (UA), inauguró una planta piloto para el desarrollo de nuevos fluidos de almacenamiento solar y un laboratorio de sales fundidas en el campus Coloso.

El proyecto fue financiado por la UA y el FIC-R de la Región de Atacama y Antofagasta, más el apoyo del SERC-Chile (Search Energy Research Center por sus siglas en inglés) y CONICYT, siendo un nuevo espacio para la investigación científica de este tipo de energía a alta temperatura que puede ser ocupada durante la noche.

El Doctor en CC. Químicas de la Universidad Complutense de Madrid, Ángel Fernández, quien pertenece al CDEA, conversó con el PAR EXPLORA Antofagasta para hablar sobre esta nueva planta piloto, como también sobre los desafíos y proyecciones que ésta presenta.

*Las líneas de investigación de Fernández son el diseño y caracterización térmica de nuevos fluidos ternarios y cuaternarios para el almacenamiento, a través de calor sensible, de energía solar. Así también, desarrolla análisis de la corrosión que estos fluidos pueden provocar en la actual tecnología solar de concentración.

¿En qué consiste el almacenamiento solar?

Siempre que se habla de energía solar mucha gente tiene la idea de los paneles fotovoltaicos, pero también está la energía solar concentrada.

En las plantas solares de concentración se concentra la radiación solar en un solo punto o en una línea de un colector a través de unos heliostatos. Lo que se hace es que a través de fundidos de almacenamiento con sales fundidas en base a nitrato, se almacena la energía solar para ocuparla en la noche, con esto lo que se consigue es tener un trabajo en la planta solar de 24 horas, no solo con los paneles fotovoltaicos, sino que también se puede generar energía eléctrica durante el día. Es así como logramos almacenar energía también. Aparte de estar generando la energía eléctrica también conseguimos almacenar energía por la noche y seguir generando electricidad durante todo el día.

¿De qué manera están generando esta energía en la Universidad de Antofagasta?

En un Equipo Planta Piloto. En éste vamos a estudiar nuevas sales fundidas que puedan ser ocupadas para el almacenamiento de energía solar. Vamos a probar nuevas formulaciones con materiales que estén presentes en el norte de Chile, como es el nitrato de litio, no como batería eléctrica sino que como almacenamiento térmico.
Estamos diseñando diferentes sales de almacenamiento para proponerlas para la industria solar y para que puedan almacenar la energía en tanques.

Podría considerarse como una batería térmica. Las baterías de litio que se ocupan en los paneles fotovoltaicos son baterías eléctricas, almacenan directamente la electricidad y lo que hacemos aquí es almacenar la energía térmica para después convertirla, con contacto con vapor de agua, pasarlo por turbina y generar la energía eléctrica. Nosotros almacenamos el calor, no solo la electricidad. El calor en estas baterías terminas para luego poder hacer el siguiente paso y convertirlo en electricidad.

¿Cuál es la capacidad de almacenamiento?

Actualmente las baterías térmicas que se utilizan pueden tener unas 17 horas de almacenamiento. Solo necesitas tener una batería por la noche porque por el día otra vez vuelves a tener la radiación solar y vuelves a cargar la batería para la siguiente noche. El ciclo que tú necesitas para generar la energía eléctrica es solo durante la noche.

¿Qué tipos de sales se utilizarán?

Actualmente las sales que se están utilizando para el almacenamiento térmico son una mezcla compuesta en un 60% por nitrato de sodio y en un 40% en nitrato de potasio. Son las sales que se utilizan a nivel mundial y se producen aquí en Chile. El problema es que estas sales tienen un punto de congelación muy alto. El punto de congelación es aproximadamente 223° C, con lo cual para mantener siempre la sal fluida y en funcionamiento por toda la central siempre se tiene que mantener en temperaturas mucho más altas, no se suele bajar de 290° a 300°C, lo que conlleva a un gasto energético muy elevado para mantener fluida la sal en toda la central.

Nosotros en lo que estamos trabajando es en proponer nuevas sales fundidas, nuevas formulaciones, siempre en base a nitrato porque es el producto que tenemos más en la Región de Antofagasta, pero lo que estamos haciendo es adicionando otros nitratos. El producto que estamos viendo es el nitrato de litio, el cual se va a adicionar a esta formulación de nitrato de sodio y potasio, y estamos generando mezclas ternarias y cuaternarias y hemos conseguido disminuir este punto de congelación aproximadamente hasta 130° C, por lo cual no se requiere tanta energía para mantener fluida la sal por todo el sistema. Por lo tanto, en una planta comercial estamos hablando de tener 40 mil o 50 mil toneladas de sal, es una disminución energética muy importante.

¿Cuál es el valor que tiene el litio en el almacenamiento térmico?

Estamos creando un nuevo valor en la cadena de valor del litio que es el nitrato de litio para utilizarlo como material de almacenamiento térmico. Aparte de disminuir estos puntos de congelación, que son muy importantes para disminuir el gasto energético, también estamos viendo que este producto tiene una muy buena capacidad calorífica; la viscosidad es baja, disminuye también la corrosión en la planta y en los sistemas – en los aceros con el contacto con la sal – lo cual además de esta propiedad inicial que estábamos viendo, en determinadas concentraciones puede mejorar ampliamente lo que es el diseño y el desarrollo del almacenamiento térmico en las plantas comerciales de energía solar.

¿Qué tipo de beneficios tiene este almacenamiento?

El concepto clave de almacenamiento que es cambiar la fase del material, de sólido a líquido generalmente, entonces la energía que se almacena durante el día al producir este cambio de fase en el material se recupera durante la noche cuando, al bajar la temperatura, vuelve a solidificarse. Por lo tanto, ahí tenemos un balance de energía aprovechando la diferencia térmica para almacenar durante el día y descargar el material por la noche al disminuir la temperatura. Eso es un diseño y materiales que no se ocupan ahora mismo comercialmente, pero que se pueden utilizar por ejemplo, para conteiners en las empresas mineras o hacer una vivienda más sustentable en zonas más del interior de la región. Aprovechando esta disminución de temperatura, podemos descargar el material y que vuelva a solidificar, entregando el calor que ha absorbido durante el día en la noche y tener mejores condiciones de habitabilidad en estos conteiners y viviendas. Sería una aplicación no tanto comercial en estas plantas de concentración, pero si sería unos materiales que se están trabajando con materiales de la región y sales, como nitratros, sulfatos, que se producen en la zona, pero es más aplicado a viviendas y a conteiners y a zonas mineras para una mejor habitalidad.

¿Cuáles son los desafíos de la planta?

Esta planta de sales nos va a dar valores y resultados muy interesantes a nivel comercial para poder comenzar a utilizar estas mezclas de nitrato de litio en las plantas comerciales. Nos va a dar resultados de cómo está funcionando en una tonelada de sal, que ya es una cantidad considerable, con lo cual el siguiente desafío es poder escalarlo comercialmente. Poder hacer prototipos de mayor tamaño en base a todos los conocimientos adquiridos en esta planta; conectarlo a un campo solar y fundir las sales con la energía solar porque aquí lo estamos fundiendo con energía eléctrica. Ojalá se puedan hacer patentes y poder construir estos prototipos a mayor escala en la industria solar en las plantas solares.