Científicos españoles, premiados por su batería termofotovoltaica de calor latente

La batería desarrollada por miembros de la Universidad Politécnica de Madrid utiliza electricidad renovable para fundir metales y almacenar calor latente. Este, posteriormente, es utilizado como generador termofotovoltaico para producir energía.

Son numerosas las iniciativas, estudios y proyectos que tienen como objetivo evolucionar en materia de energías renovables y almacenamiento de dicha producción energética. Y, aunque acostumbramos a destacar los hallazgos realizados en muchas otras partes del mundo, lo cierto es que en España también ser producen.

De hecho, uno de ellos acaba de ser premiado por la Unión Europea. Concretamente en el Innovation Radar Prize 2022, en la categoría Kickstarter. Ha sido desarrollado por miembros de la Universidad Politécnica de Madrid.

Qué es una batería termofotovoltaica de calor latente

Una batería termofotovoltaica de calor latente es un tipo de dispositivo que utiliza la energía térmica para generar electricidad. Estos dispositivos se basan en la tecnología de la termoeléctrica, que permite la conversión de la energía térmica en electricidad mediante la diferencia de temperatura entre dos materiales conductores.

La batería termofotovoltaica de calor latente se diferencia de otras baterías termoeléctricas en que utiliza un material con una capacidad de almacenamiento de calor latente, es decir, un material que puede absorber y liberar grandes cantidades de calor sin cambiar su temperatura. Esto permite que la batería termofotovoltaica de calor latente sea capaz de almacenar energía térmica durante periodos prolongados y, posteriormente, liberarla para generar electricidad.

Esta tecnología puede ser utilizada para aprovechar la energía térmica residual generada por procesos industriales o de combustión. También puede ser una opción atractiva para la generación de electricidad de forma sostenible y con bajas emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, su desarrollo y uso aún son limitados debido a la complejidad de su diseño y al alto coste de producción.

Cómo es la batería termofotovoltaica de calor latente española

La batería termofotovoltaica de calor latente desarrollada por los científicos de la Universidad Politécnica de Madrid se basa en el almacenaje de electricidad en forma de calor latente a temperaturas superiores a los 1000 grados centígrados.

Más específicamente, todo ese calor almacenado se convierte en electricidad bajo demanda. Esto es posible gracias a la intervención de un sistema termofotovoltaico formado por un emisor térmico y una célula de diodo fotovoltaico.

Dicho sistema utiliza electricidad renovable para fundir metales de bajo coste como el silicio o las aleaciones de ferrosilicio, que son capaces de almacenar energía durante su proceso de fusión. Gracias a dicha cualidad, generan el llamado «calor latente».

1 litro de material genera 1 kWh de energía

Según el equipo de investigación de la Universidad Politécnica, un litro de material de silicio es capaz de almacenar más de 1kWh de calor latente. Esto corresponde a la energía contenida en un litro de hidrógeno presurizado a 500 bar.

«Sin embargo, a diferencia del hidrógeno, el silicio se puede almacenar a presión atmosférica, lo que hace que el sistema sea potencialmente más barato y seguro», explica Alejandro Datas, autor de la investigación.

Por su parte, el generador termovoltaico utilizado para el dispositivo es un sistema fotovoltaico en miniatura que puede generar hasta 100 veces más energía que una instalación fotovoltaica convencional.

Según los cálculos de los investigadores, si un metro cuadrado de una matriz fotovoltaica convencional produce 200W, un metro cuadrado de sistema termofotovoltaico puede generar hasta 20kW. «La eficiencia de las células termofotovoltaicas oscila entre el 30 y el 40% dependiendo de la temperatura de la fuente de calor», señalan.

«Además, el uso de generadores termofotovoltaicos, en lugar de motores térmicos convencionales, evita el uso de partes móviles, fluidos e intercambiadores de calor complejos», amplían.

Un coste potencial de 10 euros/kWh

Según los creadores del proyecto, otra de las ventajas de este sistema de almacenaje de energía es que las aleaciones de silicio y ferrosilicio pueden almacenar energía a un coste inferior a 4 euros por kWh. Eso sí, puntualizan que los costes comerciales pueden ser mayores, ya que el sistema actualmente no integra un contenedor y aislamiento térmico.

«Sería posible alcanzar costes de alrededor de 10 euros/kWh si el sistema es lo suficientemente grande, típicamente más de 10MWh, ya que el coste del aislamiento térmico sería una pequeña fracción del coste total del sistema», argumentan sus creadores.

Indican, además, que si los costes se reducen aún más, bastaría con recuperar el 30-40% de la energía en forma de electricidad para hacer que estos dispositivos sean más rentables que las baterías de iones de litio. «Además, el 60-70% restante del calor que no se convierte en electricidad se puede entregar directamente a edificios, fábricas o ciudades, reduciendo su consumo de gas natural».

Según informó Alejandro Datas en el momento de la presentación del proyecto en marzo de este año, el prototipo a pequeña escala tiene menos de 1 kWh de capacidad, por lo que son necesarios varios pasos para alcanzar la madurez comercial. El objetivo final es construir un sistema con varios MWh de capacidad, algo que considera viable con el tiempo y los fondos adecuados.