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miércoles, 6 de junio de 2012

El potencial del almacenamiento de energía termoquímico



Como hemos comentado en un post anterior, el almacenamiento de energía es un concepto clave para un implementación completa de las energías renovables. En este post vamos a hablar de un tipo de almacenamiento de energía: el termoquímico. Esta forma de almacenamiento la podemos clasificar dentro de las formas almacenamiento térmico. Su principio de funcionamiento está basado en la energía desprendida para unir dos componentes A y B para formar un componente AB. Es decir, la reacción:

A + B -> AB

Es completamente exotérmica. De esta forma manteniendo los dos componentes almacenados por separado estamos almacenando una gran cantidad de energía. Un concepto clave cuando hay que clasificar los métodos de almacenamiento de energía es la densidad de almacenamiento, es decir, la cantidad de Joules de energía por kg de material de almacenamiento o por m3. A continuación vamos a mostrar una tabla comparativa con diferentes métodos de almacenamiento utilizados:
Tecnología
kWh/kg
kWh/m3
Hidrógeno
33,2
1305,0 (700 bar)
Gas Natural
13,6
2725,0 (250 bar)
Gasoline
11,4
8548,9
Batterías
0,04-0,3
-
Almacenamiento Hidraulico
0,0003
0,3
Ultracondensadores
0,1
-
Aire comprimido (5 MPa)
0,06
3,5
Volante de Inercia
0,05-0,9
-
Almacenamiento térmico, agua
0,03
30,0
Almacenamiento térmico, PCM
0,06
70,0
Almacenamiento térmoquímico, TCM
0,14-0,32*
140,0-917,0

Lo primero que llama la atención es que el hidrógeno es la forma de almacenamiento de energía mejor en términos de J/kg. Sin embargo, cuando estamos pensando en términos de J/m3, es la gasolina (o petróleo en general) la mejor opción con diferencia. Esto condiciona muy mucho toda la tecnología y logística actual principalmente por cuestiones de transporte. Por otra parte, vemos que la opción de almacenamiento termoquímico es 10 veces mejor que almacenamiento de energía térmica mediante materiales de cambio de fase sólido-líquido (PCM) y sobre 100 mejor que almacenar energía térmica con calor sensible (agua, por ejemplo).

Esto abre muchas posibilidades. Actualmente se trata de una tecnología todavía en desarrollo, ya que actualmente se estan estudiando los materiales más adecuados para distintas opciones. La aplicación básicamente la marca la temperatura de asociación / disasociación de los componentes, he aquí unos ejemplos:

Mezcla
Comp. A
Comp. B
kWh/m3
Tem.
(ºC) dis/as
Toxicidad
Precio
Corrosión
Ca CO3
CaO
CO2
916,7
    -  / 837
-
-
-
Mg SO4·7H2O
Mg SO4
7H2O
777,7
200 / 122
-
-
-
Fe CO3
Fe O
CO2
722,2
    -  / 180
-
-
-
Mg SO4·6H2O
Mg SO4
6H2O
638,9
150 / 105
-
-
-
Fe (OH)2
Fe O
H2O
611,1
150 / 150
-
-
-
Ca (OH)2
CaO
1H2O
527,8
    -  / 479
-
-
-
Ca SO4·2H2O
Ca SO4
2H2O
388,9
   -   /   89
-
-
-
Mg SO4·1H2O
Mg SO4
1H2O
361,1
200 / 216
-
-
-
Mg (OH)2*
MgO
1H2O
254,6
    -  / 300
Medio
Alto
-
CaCl2·2H2O
CaCl2·H2O
1H2O
166,7
    -  / 174
Si
Bajo
-
Zeolita
AlnSimOl
H2O
190,0
25-60
Si
Bajo
Si
Silica Gel
SiO2
H2O
230,0
25-60
No
Bajo
No


No en todos los casos se conocen perfectamente sus propiedades físicas, además de que puede existir cierta histéresis en las reacciones de asociación y desasociación de los componentes. Otros criterios de elección serían: velocidad de reacción, comportamiento a lo largo de los ciclos (envejecimiento), toxicidad y seguridad, abundancia, corrosión, facilidad para ser utilizado en un sistema práctico.

Donde se adivina un gran futuro para estos materiales es en el almacenamiento de energía en edificios, probablemente en un futuro más lejano en instalaciones de solares termoeléctricas (CSP). Sin embargo, ya existe una aplicación en la que desde hace años se está utilizando: la refrigeración por adsorción. Estas máquinas combinan la capacidad de hacer frío a partir de calor con el almacenamiento de energía termoquímico. Sin duda los avances habidos en este campo de aplicación servirán para otros. La I+D en este campo está centrada en abaratar costes, de manera que los reactores sean menos pesados y con menos inercia térmica.

Más datos en:

H. A. Zondag. “TCM materials for heat storage”, 2009.
H. A. Zondag, W. G. J. van Helden, R. Schuitema and M. Bakker. “First systems studies and characterisation studies of MgSO4 as TCM for compact thermal storage”, 2006.
Andreas Hauer. “Thermochemical storage technologies”, 2006.
Wim van Helden. “Materials for compact seasonal heat storage”, 2010.
Hans-Martin Henning. “Adsorption closed cycles and machines”, 2010.
Angelo Freni, “Adsorption heat pumps, research activites at CRN ITAE”, 2009.


Un saludo

2 comentarios:

  1. Buenas Jesús,

    me gusta este blog tuyo. Me parecen informaciones muy interesantes.

    Una pregunta respecto a las tablas: ¿las has sacado de alguna fuente en concreto o son recopilaciones tuyas? En cualquier caso me parece muy buena información y muy útil de un simple vistazo.

    Muchas gracias, saludos.

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    Respuestas
    1. Buenas Pablo,

      primero de todo, gracias por tu comentario, me ayuda a seguir sacando tiempo para el blog, cosa que no siempre es fácil ;).

      Respecto a lo que me dices, efectivamente la información de la tabla es una recopilación mía, entre artículos de la Wikipedia hasta de revistas indexadas. Parte del trabajo ya lo hizo un colega en un curso de un Máster yo no he hecho mas que chequearlo y completarlo.

      Gracias

      Eliminar