Una batería impresa en 3D y basada en hierro podría facilitar el almacenamiento masivo de energías renovables.
- 🔋 Batería de flujo impresa en 3D.
- 🌍 Hierro como material principal.
- 💶 Coste reducido: de unos 3.500 € a cerca de 90 € por unidad de investigación.
- ⚡ Pensada para almacenar energía eólica y solar durante horas.
- 🧪 Más de 35 grupos científicos trabajando con el mismo diseño.
- 🏭 Menor dependencia del vanadio y del cobalto.
La transición hacia un sistema energético basado en fuentes renovables depende de algo más que instalar parques solares o aerogeneradores. El gran reto consiste en guardar la electricidad cuando sobra y utilizarla cuando realmente hace falta. Ese cuello de botella es el que intenta resolver un equipo de investigadores de la Queen’s University Belfast, que ha desarrollado una innovadora batería de flujo impresa en 3D basada en hierro y diseñada para acelerar tanto la investigación como el despliegue futuro del almacenamiento de larga duración.
El proyecto no solo plantea una alternativa mucho más económica para los laboratorios. También pretende solucionar un problema que suele pasar desapercibido: la falta de estándares comunes entre los grupos científicos que investigan este tipo de baterías.
El verdadero desafío de las energías renovables no está en producir electricidad
La energía solar y la eólica ya son, en muchos lugares, las formas más baratas de generar electricidad. Sin embargo, ambas dependen de fenómenos naturales que no pueden controlarse. Hay días con una enorme producción solar cuando el consumo es bajo y noches o periodos sin viento en los que ocurre justo lo contrario.
Por ese motivo, el almacenamiento energético se ha convertido en una de las piezas clave de la descarbonización. Permite equilibrar la red eléctrica, reducir el uso de centrales de gas para cubrir picos de demanda y aprovechar mucho mejor toda la energía renovable que actualmente llega a desperdiciarse.
Diversos organismos internacionales, entre ellos la Agencia Internacional de la Energía (IEA), consideran que el almacenamiento de larga duración será una infraestructura esencial para alcanzar los objetivos climáticos durante las próximas décadas.
Por qué las baterías de flujo pueden ser una alternativa muy interesante
Cuando se habla de baterías, la mayoría de las personas piensa automáticamente en las de iones de litio presentes en teléfonos móviles o vehículos eléctricos. Sin embargo, estas tecnologías no siempre son la mejor opción para almacenar grandes cantidades de electricidad durante muchas horas o incluso días.
Las baterías de flujo funcionan de forma diferente. En lugar de almacenar la energía dentro de electrodos sólidos, utilizan electrolitos líquidos que circulan entre depósitos externos y una celda electroquímica. Gracias a este diseño, resulta relativamente sencillo aumentar la capacidad simplemente instalando depósitos de mayor tamaño.
Esta característica las convierte en una solución especialmente atractiva para:
- Parques solares y eólicos.
- Redes eléctricas nacionales.
- Microrredes en zonas aisladas.
- Instalaciones industriales con elevado consumo eléctrico.
Además, al emplear soluciones acuosas presentan un riesgo de incendio considerablemente menor que muchas baterías convencionales.
Del vanadio al hierro: un cambio con mucho sentido
La mayor parte de las baterías de flujo comerciales actuales utilizan vanadio, un metal cuyo suministro mundial depende de pocos países y está muy ligado a la industria siderúrgica. Esa concentración provoca importantes fluctuaciones de precio y genera incertidumbre para una implantación masiva.
El equipo de Queen’s ha apostado por otro camino: el hierro.
Se trata de uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre, ampliamente distribuido y con cadenas de suministro ya consolidadas en prácticamente todo el mundo. Esta disponibilidad podría facilitar una futura fabricación a gran escala y reducir la vulnerabilidad frente a problemas geopolíticos o de abastecimiento.
Aunque el hierro no elimina todos los desafíos técnicos asociados a las baterías de flujo, representa una vía muy prometedora para desarrollar sistemas más económicos, accesibles y sostenibles.
Una impresora 3D que cambia las reglas del juego
La historia comenzó durante el doctorado del investigador Hugh O’Connor. Necesitaba una batería de flujo para realizar sus experimentos, pero los modelos comerciales tenían un coste cercano a 3.500 euros, una cifra difícil de asumir para muchos laboratorios.
La solución fue empezar a fabricar sus propias celdas mediante impresión 3D.
Después de numerosas pruebas consiguió desarrollar un diseño robusto cuyo coste ronda los 90 euros, reduciendo drásticamente la inversión necesaria para investigar esta tecnología.
La importancia de este avance va más allá del ahorro económico. Gracias a la impresión 3D, cualquier laboratorio con acceso a este tipo de equipos puede reproducir fácilmente la misma celda, realizar modificaciones o fabricar repuestos sin depender de proveedores especializados.
Un mismo diseño para que toda la ciencia avance más deprisa
Uno de los mayores problemas detectados por los investigadores apareció al comparar resultados publicados por distintos laboratorios.
Aunque todos estudiaban baterías de flujo, cada grupo utilizaba configuraciones ligeramente distintas, materiales diferentes o protocolos propios. Como consecuencia, comparar resultados resultaba extremadamente complicado.
Para solucionarlo, el equipo elaboró un sistema abierto que incluye:
- La misma celda impresa en 3D.
- Instrucciones de montaje muy detalladas.
- Protocolos experimentales comunes.
Los investigadores describen el manual como una especie de guía de montaje «al estilo Ikea», pensada para que cualquier laboratorio pueda reproducir exactamente el mismo sistema.
La iniciativa ya ha reunido a más de 35 grupos de investigación internacionales, incluyendo equipos del MIT, Harvard y la Universidad de Cambridge, que trabajan utilizando exactamente la misma plataforma experimental.
Este tipo de colaboración puede acelerar notablemente la identificación de mejoras, ya que los resultados obtenidos en distintos países pasan a ser realmente comparables.
Una tendencia que está creciendo en todo el mundo
El interés por las baterías de flujo está aumentando de forma constante. Empresas y centros de investigación trabajan en químicas basadas en hierro, zinc, compuestos orgánicos o incluso materiales obtenidos a partir de recursos abundantes.
Mientras tanto, numerosos países están impulsando programas específicos para incorporar almacenamiento estacionario junto a nuevas instalaciones renovables.
En Europa, la expansión de la energía solar y eólica está impulsando inversiones cada vez mayores en sistemas capaces de almacenar electricidad durante varias horas. Paralelamente, la reforma del mercado eléctrico europeo y distintos programas de financiación comunitarios están favoreciendo tecnologías que aumenten la flexibilidad de la red y reduzcan la dependencia de los combustibles fósiles.
Todo apunta a que durante los próximos años convivirán varias tecnologías de almacenamiento. Las baterías de litio seguirán siendo fundamentales para determinadas aplicaciones, mientras que las baterías de flujo podrían ocupar un papel protagonista allí donde se necesiten grandes capacidades y largos periodos de descarga.
Potencial
Esta investigación demuestra que la innovación no siempre consiste únicamente en descubrir nuevos materiales. En ocasiones, hacer una tecnología más barata, reproducible y accesible puede tener un impacto igual de importante.
Si las baterías de flujo basadas en hierro continúan mejorando su rendimiento, podrían facilitar el almacenamiento de electricidad procedente de grandes parques renovables, reducir el uso de combustibles fósiles durante los picos de demanda y aportar una mayor estabilidad a redes eléctricas con una elevada penetración de energía solar y eólica.
También podrían resultar especialmente útiles en comunidades aisladas, islas, instalaciones industriales o microrredes, donde disponer de almacenamiento durante muchas horas puede reducir el consumo de diésel y aumentar la autosuficiencia energética.
La colaboración internacional impulsada desde Queen’s University Belfast aporta además un beneficio menos visible, aunque igual de valioso: establecer estándares comunes que permitan acelerar la investigación mundial. Cuando decenas de laboratorios trabajan sobre una misma base experimental, los avances dejan de depender únicamente del esfuerzo individual y empiezan a construirse de forma colectiva. En un contexto de emergencia climática, ganar tiempo también significa reducir emisiones antes.
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