Estructuras cerámicas impresas en 3D almacenan hasta un 81% de sales fundidas, mejorando la eficiencia térmica en plantas solares CSP. Buscan reemplazar los tanques metálicos tradicionales, que sufren corrosión con las sales, por cerámicas porosas más resistentes y estables.
- Cerámicas 3D, solución al problema de corrosión.
- Almacenamiento térmico más eficiente.
- Testeo real con radiación solar concentrada.
- Dos materiales, dos ventajas distintas.
- Tecnología escalable a altas temperaturas.
- Aplicación clave en plantas termosolares CSP.
Cerámicas impresas en 3D para almacenamiento térmico en sales fundidas
Un equipo internacional de investigación, formado por el ICV-CSIC en España y el laboratorio PROMES-CNRS en Francia, ha dado un paso importante en el desarrollo de sistemas de almacenamiento térmico para plantas solares de concentración (CSP, por sus siglas en inglés). La propuesta: utilizar cerámicas impresas en 3D como estructura porosa para encapsular sales fundidas, materiales altamente corrosivos pero indispensables en este tipo de plantas.
Mejorando la eficiencia sin usar metales
El objetivo principal del proyecto es eliminar la necesidad de contenedores metálicos, que sufren corrosión acelerada debido al contacto prolongado con nitratos fundidos a temperaturas que alcanzan los 565 °C. Las cerámicas, en cambio, presentan estabilidad térmica y química, y su porosidad puede personalizarse mediante impresión 3D para maximizar la absorción de calor.
Al controlar el diseño estructural con precisión, los investigadores han logrado que las sales fundidas permanezcan contenidas en el interior del material cerámico sin riesgo de fugas. Esta solución no solo protege la infraestructura, sino que además mejora la eficiencia del intercambio térmico, aumentando la fiabilidad y durabilidad del sistema.
Testeado bajo el sol: realismo para validar el futuro
A diferencia de ensayos previos en laboratorio, este proyecto se probó bajo condiciones reales de radiación solar concentrada en el horno solar de Odeillo, uno de los pocos lugares en el mundo capaz de alcanzar más de 3.000 °C con luz natural. Aunque las pruebas requerían solo una fracción de esa capacidad, permitieron observar el comportamiento térmico de las estructuras durante ciclos dinámicos reales, algo que no puede replicarse con lámparas artificiales.
Este enfoque permite evaluar factores clave como la absorción solar, la eficiencia de conversión energética y la resistencia al choque térmico. También demuestra la viabilidad de estas estructuras para integrarse en sistemas de almacenamiento térmico ya existentes, sin necesidad de rediseñar las plantas CSP.
Vermiculita vs. alúmina: dos estrategias complementarias
El equipo trabajó con dos tipos de cerámicas: vermiculita y alúmina. Cada una mostró ventajas específicas:
- Vermiculita: absorbe más sales (hasta un 81% de su peso), captura mejor la radiación solar y almacena más energía por unidad de masa. Es ideal para aplicaciones donde se prioriza la capacidad térmica total.
- Alúmina: aunque retiene menos sal (65%), duplica la velocidad de transferencia de calor, gracias a su mayor conductividad térmica. Se perfila como la mejor opción para procesos de carga/descarga rápida, como los necesarios para compensar variaciones bruscas en la generación solar.
Proyección a temperaturas más altas
Uno de los grandes desafíos en la próxima generación de plantas CSP es alcanzar mayores temperaturas para aumentar la eficiencia del ciclo termodinámico. Las sales carbonatadas, como carbonato de sodio o potasio, permiten operar cerca de los 900 °C. Los investigadores consideran que estas mismas estructuras cerámicas —especialmente las de alúmina— podrían ser óptimas para trabajar con estas nuevas sales, multiplicando la densidad energética del almacenamiento térmico.
Esto abriría la puerta a sistemas más compactos y potentes, capaces de almacenar más energía en menos espacio, algo clave para reducir costes y facilitar la integración de la energía solar en la red.
Potencial
El uso de cerámicas impresas en 3D para almacenamiento térmico representa un avance con impacto real en la lucha contra la crisis climática:
- Elimina materiales problemáticos como los metales expuestos a sales corrosivas, prolongando la vida útil de las plantas solares.
- Reduce el uso de componentes críticos que requieren grandes cantidades de energía o materiales escasos.
- Permite mayor flexibilidad de diseño, adaptándose a distintas geometrías y necesidades energéticas.
- Hace viable operar a temperaturas más altas, aumentando la eficiencia global del sistema y reduciendo costes.
- Facilita la descentralización energética, al permitir sistemas más pequeños, eficientes y duraderos, útiles en regiones con alta irradiación solar.
Proyectos como este, que combinan innovación en materiales, energías renovables y diseño digital, no solo mejoran la tecnología existente, sino que también allanan el camino hacia un sistema energético más limpio, resiliente y adaptado a los desafíos del siglo XXI.
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