Esta compañía ve en el hierro y el óxido una solución barata para almacenar el excedente de energía durante más de cuatro días.
En la lucha por acabar con las emisiones de carbono que cocinan el planeta, las baterías recargables de iones de litio se convirtieron en una tecnología fundamental. Pueden alimentar autos eléctricos que recorren más de 500 km por carga.
Pueden almacenar electricidad suficiente para abastecer a millones de hogares durante horas. Y son una parte fundamental de la capacidad de las centrales eléctricas para almacenar cantidades cada vez mayores de energía renovable. Pero si se fabrican mal, también pueden recalentarse y convertirse en reses químicas tóxicas. No siempre son fiables y, en los coches eléctricos, no ofrecen la autonomía que afirman algunas empresas.
También son caras: el carbonato de litio para baterías cuesta más de 37.600 dólares por tonelada métrica, según Trading Economics. Además, sólo mantienen la energía horas, no días. Y en la carrera por aumentar las energías renovables, eso es un gran problema durante los días nublados o sin viento. de días nublados o sin viento.
Por eso, Mateo Jaramillo, antiguo vicepresidente de la división de energía estacionaria de Tesla, se está centrando en construir baterías hechas con hierro, un material abundante y barato que sólo cuesta 115 dólares la tonelada.
Dice que su nueva empresa, Form Energy, creó baterías de hierro-aire que pueden almacenar electricidad durante al menos 100 horas, mucho más que las cuatro a seis horas que proporcionan los paquetes de iones de litio a gran escala.
El hierro y el óxido podrían ser el secreto para almacenar energía limpia durante días "En el globo, está el hierro y luego todo lo demás - por órdenes de de magnitud. Se extrae más hierro que carbón", explica Jaramillo, de 46 años, declaró a a Forbes. "Tener una batería basada en el hierro significa que se puede escalar tanto como quieras. No hay limitación de materia prima". Para comercializar su tecnología, Form, con sede en Boston, recaudó más de 810 millones de dólares de patrocinadores como Bill Gates, TPG y Energy Impact Partners.
Pero Jaramillo tiene claro que no trata de sustituir a las baterías de iones de litio, que cree que van a seguir abaratándose a lo largo de esta década. En su lugar, el rival de Form son los generadores de gas natural que respaldan la red eléctrica cuando se producen picos de demanda de energía, por ejemplo durante olas de calor prolongadas.
Jaramillo se dirige a una parte del mercado mundial de almacenamiento de energía, que el año pasado ascendió a 430.000 millones de dólares y podría superar los 1,7 billones en una década, según una estimación de Global Market Insights, e incluye baterías, centrales hidroeléctricas de bombeo y otras tecnologías no basadas en baterías.
Los investigadores calculan que el coste de modernizar la red estadounidense para gestionar niveles mucho más altos de energía renovable y añadir mucho más almacenamiento de energía ascendería a entre 5 y 21 billones de dólares en los próximos años y décadas.
Para aprovechar ese premio, Form está construyendo su primera fábrica, una instalación de 760 millones de dólares, en el emplazamiento de una antigua fábrica de energía solar. en una antigua planta siderúrgica de Weirton, Virginia Occidental.
El estado El Estado ofrece un paquete de incentivos de hasta 290 millones de dólares. Formulario pretende empezar a suministrar sus módulos de hierro-aire a clientes de servicios públicos, como Xcel Energy y Georgia Power, en 2025.
Para cumplir el objetivo nacional de producir el 100% de electricidad limpia en 2035, instalaciones de energía solar y turbinas eólicas. país. Pero el sol no siempre brilla y el viento no siempre sopla. necesidad de almacenar energía cuando hay exceso y seguir suministrando y seguir suministrando electricidad cuando disminuye la renovables.
Tener una batería basada en hierro significa que puedes ampliarla
tanto como se quiera. No hay limitaciones
materia prima".
Las baterías no son la única opción, pero pueden utilizarse en cualquier parte, a diferencia de alternativas relativamente baratas como la energía hidroeléctrica por bombeo (en la que el agua se bombea hasta un embalse a mayor altitud con para hacer girar las turbinas de un embalse más bajo cuando se cuando se necesita) o el almacenamiento de aire comprimido (que utiliza la energía sobrante para comprimir en depósitos de gas natural y otros espacios subterráneos que pueden liberarse más tarde para alimentar turbinas). Y el ión-litio es la opción más popular.
La Administración de Información Energética calcula que Estados Unidos va a disponer de 22,4 gigavatios hora de baterías de almacenamiento a gran escala, casi todas de iones de litio, a finales de 2022, gracias a las grandes instalaciones de California y Texas.
Es energía suficiente para casi 20 millones de hogares. La rápida incorporación de sistemas de almacenamiento en baterías es una de las razones por las que los dos grandes estados están mejor preparados para capear las olas de calor de este año. "Las baterías de iones de litio son muy fáciles de adquirir e instalar.
Es la solución hoy, pero no estoy convencido de que vaya a ser la solución para todas las necesidades de almacenamiento en el futuro", afirma el experto en energía Michael Webber, profesor de la Universidad de Texas en Austin. "El problema al que nos enfrentamos es cuando hay un tramo de días nublados y sin viento", lo que él llama "el problema de los cinco a los once días".
Webber, que también es CTO de la empresa inversora Energy Impact Partners, dice que la mayoría de las empresas de servicios públicos optimizó las baterías que utilizan en la red para que entren en funcionamiento entre las 4 y las 8 de la tarde, cuando aumenta la demanda de los clientes y disminuye la energía renovable.
El ión-litio funciona bien en este caso, ya que puede enviar rápidamente la energía almacenada a los clientes. Pero la red también necesita almacenamiento a largo plazo.
"En mi opinión, nuestro cuerpo tiene músculos de contracción rápida y lenta. músculos de contracción lenta, algunos para esprintar y otros para resistencia. El ión-litio es una especie de músculo de contracción rápida. respuesta rápida, pero en algún momento te quedas sin jugo y entonces tienes que que cambiar a los músculos del corredor de maratón, que serán algo diferente", afirma.
Baterías contra gas natural
El sistema de Form pretende competir con las centrales eléctricas de gas natural, que son buenas para aumentar la generación de volátiles de la demanda diaria y son la principal solución ahora mismo. ¿Necesitas más energía? Basta con quemar más gas.
Para triunfar, Form tiene que ofrecer un sistema seguro y barato que pueda competir en costes con las centrales de gas natural, además de eliminar las emisiones de carbono. además de eliminar las emisiones de carbono.
El objetivo de la empresa es ofrecer módulos de baterías que cuesten 20 $/kilovatio hora, lo que se aproxima al precio de funcionamiento de este tipo de sistemas basados en el gas natural (en dólares). gas natural (además de gastar unos 300 millones de dólares en construir una planta). millones de dólares).
En comparación, las baterías de iones de litio de iones de litio cuestan actualmente unos 150 $/kilovatio hora, aunque ese precio podría bajar un 50% o más al final de la década.
El litio-ion es una especie de músculo de contracción rápida. respuesta rápida, pero en algún momento te quedas sin jugo y entonces tienes que cambiar a los músculos del corredor de maratón, que será algo diferente".
Un sistema de baterías de larga duración que cueste 20 $/kilovatio hora sería Halle Cheeseman, director del programa de Proyectos de Investigación Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía del Departamento de Energía, o ARPA-E, que concede subvenciones federales a tecnologías prometedoras de prometedoras.
(Form obtuvo una subvención de 2,9 millones de dólares en 2019 para un sistema de de almacenamiento acuoso de azufre, una tecnología que abandonó en 2021). Pero eso también depende de cuánto duren las baterías de Form. La empresa La empresa cree que serán utilizables durante 10 años y Jaramillo cree que podrían tener una vida útil de dos décadas.
"Las baterías en gran medida, especialmente las recargables, son sistemas termodinámicamente inestables. Si se juntan, empiezan a empiezan a degradarse", afirma el científico Robert Kostecki, director del división de almacenamiento de energía del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
"¿Hasta qué punto se puede controlar este fenómeno de degradación que ocurre independientemente de la química específica que puedan tener? Se pueden tener componentes baratos, pero si se degradan demasiado deprisa, el coste global va a matarte".
Hierro y aire
Lo que hace que las baterías de hierro-aire sean mucho más baratas es cómo funcionan y su dependencia de materiales baratos. "Básicamente, es una batería basada en el óxido: hierro para el ánodo y aire para el cátodo", explica Cheesman, del DOE. "En términos de coste básico, es difícil imaginar dos materiales más baratos que el hierro. básico imaginar dos materiales más baratos que el hierro y el aire".
El funcionamiento de la pila consiste en sumergir una placa porosa de hierro en una solución electrolítica a base de agua. solución electrolítica a base de agua. Se genera un ciclo electroquímico que la empresa describe como oxidación "reversible".
Al descargar la batería absorbe el oxígeno del aire y convierte el hierro en óxido. metal en óxido. Cuando se carga, la corriente eléctrica que entra convierte el óxido en hierro y la batería libera oxígeno. Pero el hierro nunca se consume, lo que hace que las baterías sean muy duraderas.
"Es difícil imaginar dos materiales más baratos que el hierro y el aire. más baratos que el hierro y el aire".
Estas baterías de hierro-aire no son tan pequeñas como las de iones de litio. pero dado que están diseñadas para aplicaciones estacionarias, y no para coches, el tamaño es menos importante. El paquete de baterías de Form, cargado con múltiples celdas individuales, se empaquetará en una caja de 40 pies y 5 megavatios de electricidad, suficiente para abastecer a 3.750 hogares.
El riesgo de recombinación es mínimo, por lo que pueden colocarse varios paquetes uno al lado del otro o incluso apilados. El aire de hierro es sólo una de las muchas químicas que científicos y empresas emergentes están preparando para mantener la electricidad durante largos periodos.
Las tecnologías que incluyen las baterías ow, en las que los componentes químicos disueltos en líquidos se bombean a través de lados separados de una membrana, como las que utilizan vanadio, son una opción, al igual que las baterías iron ow producidas por la rival de Form, ESS.
Las baterías de sodio y zinc también son prometedoras. En la actualidad, los creadores de estas baterías afirman que pueden almacenar energía durante unas 12 horas, mucho menos que las 100 horas que pretende ofrecer Form.
Pero Kostecki, del Laboratorio de Berkeley, considera que conseguirlo a bajo coste es todo un reto, dado que aún no se comprobó la vida útil en el mundo real. "La mayor preocupación de todos los sistemas, independientemente de si se trata de iones de litio, vanadio, zinc o hierro-aire, es que el coste es tres veces superior, en el mejor de los casos, al coste por kilovatio-hora por ciclo", en comparación con el gas natural y los sistemas tradicionales de almacenamiento sin baterías.
Las baterías de iones de litio modificadas también pueden mantener la energía durante más tiempo que las versiones que se comercializan actualmente. que las versiones actualmente en el mercado, afirma Taylor Kelly, director del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI). "Históricamente, las baterías de iones de litio se utilizó durante cuatro horas. para eso se diseñó", explica.
Pero en una reciente Comisión de Energía de California para sistemas de almacenamiento de energía de 10 horas, "las baterías de iones de litio ganaron las licitaciones", dijo. "Así que vemos que puede CEO Mateo Jaramillo, segundo por la izquierda, junto a la Secretaria de Energía de EE.UU., Jennifer Granholm, en la inauguración de la planta. Jennifer Granholm en la ceremonia de inauguración de la planta de Virginia Occidental en mayo de 2023.
Con su financiación y el paso a la producción comercial en los próximos 18 próximos 18 meses, Jaramillo cree que Form Energy está entrando al mercado antes que las baterías de larga duración de la competencia.
Pero Kostecki aún no puede decir qué batería será la mejor opción. "No lo sabemos con seguridad, aunque es muy alentador que la gente que la gente avance y empiece a trabajar en cuestiones relacionadas con la química y la fabricación". con la química y la fabricación", afirma. "Pero ¿puede realizarse a una escala de teravatios? Aún no lo sabemos".
Font, article de "Forbes Argent
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