De mina abandonada a gigantesca batería de agua: así quieren almacenar energía bajo tierra

Las antiguas minas de carbón abandonadas podrían tener una segunda vida. Un equipo de investigadores del Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ha desarrollado nuevas herramientas de modelado que permitirán transformar miles de estas explotaciones mineras en enormes sistemas subterráneos de almacenamiento energético. Una idea que, de materializarse, podría aportar estabilidad a la red eléctrica y al mismo tiempo revitalizar regiones históricamente ligadas a la minería.

El avance se basa en la creación de modelos hidrodinámicos y químicos de alta precisión capaces de analizar el comportamiento del agua en el interior de estas complejas infraestructuras subterráneas. Gracias a estas simulaciones, los científicos han logrado superar uno de los principales obstáculos técnicos para reutilizar minas abandonadas en sistemas de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, una tecnología que muchos conocen como la “batería de agua”.

Este sistema es, en realidad, una de las formas más antiguas y eficaces de almacenar energía a gran escala. Su funcionamiento es relativamente sencillo: cuando la electricidad es abundante y barata —por ejemplo, durante las horas de mayor producción solar— se utiliza para bombear agua desde un depósito inferior hasta otro situado a mayor altura. Posteriormente, cuando la demanda aumenta, el agua se libera hacia abajo atravesando turbinas que generan electricidad.

Actualmente, esta tecnología representa más del 90% de todo el almacenamiento energético a gran escala en Estados Unidos, lo que demuestra su fiabilidad y madurez. Sin embargo, su crecimiento se ha visto limitado durante décadas por un problema clave: la geografía.

Las instalaciones convencionales requieren montañas o desniveles muy pronunciados para crear la diferencia de altura necesaria entre los dos depósitos de agua, algo conocido como “salto hidráulico”. No todos los territorios cuentan con estas condiciones, lo que ha restringido mucho el número de nuevos proyectos posibles.

Aquí es donde entra en juego el avance logrado por los investigadores del ORNL. En lugar de construir grandes embalses en laderas de montaña, su propuesta consiste en llevar el sistema bajo tierra, aprovechando las profundas galerías de minas de carbón abandonadas como depósito inferior.

Este planteamiento cambia por completo las reglas del juego. En lugar de depender de la geografía natural, se pueden reutilizar infraestructuras existentes, como pozos mineros y túneles ya excavados a gran profundidad. De esta forma, regiones relativamente planas que hasta ahora no podían albergar centrales hidroeléctricas podrían pasar a formar parte del sistema energético.

Además, utilizar estas instalaciones ya construidas tiene otra ventaja importante: reduce de forma considerable los costes de construcción y acelera los plazos de desarrollo. Excavar túneles o crear grandes cavidades subterráneas es una de las partes más caras de este tipo de proyectos, por lo que aprovechar lo que ya existe puede marcar una gran diferencia económica.

El reto químico y estructural de las minas

Reconvertir una mina abandonada en una instalación energética no es, ni mucho menos, un proceso sencillo. El entorno dentro de una mina es extremadamente complejo desde el punto de vista químico y estructural. Con el paso de los años, las galerías pueden contener minerales residuales, agua ácida y diferentes compuestos que reaccionan con el entorno.

Según explica Thien Nguyen, investigador principal del proyecto en ORNL, el potencial de esta tecnología es enorme, pero antes es necesario resolver algunos retos importantes.

El primero es la erosión química. El agua que circularía constantemente por estas instalaciones podría interactuar con los minerales presentes en las paredes de la mina. Esa interacción podría provocar corrosión en elementos clave como las turbinas, que son componentes muy costosos.

Para evitarlo, los nuevos modelos desarrollados por el equipo permiten simular con gran precisión cómo se moverá el agua por cada túnel y cómo reaccionará con los minerales del entorno. Esto permite identificar posibles problemas antes de construir la instalación y diseñar soluciones específicas para cada mina.

El segundo gran desafío es la estabilidad estructural. Las minas de carbón no fueron diseñadas originalmente para soportar movimientos constantes de grandes volúmenes de agua a alta presión. Si no se analiza correctamente, ese flujo podría provocar grietas, desprendimientos o incluso colapsos en las paredes.

Los modelos creados por los investigadores permiten estudiar también este aspecto. Gracias a ellos, los ingenieros pueden evaluar la resistencia de las galerías y determinar si una mina concreta puede adaptarse con seguridad a este tipo de sistema energético.

“El almacenamiento hidroeléctrico subterráneo es una oportunidad muy interesante, pero debemos superar retos como la erosión química y la estabilidad estructural”, explica Nguyen.

El siguiente paso: analizar la viabilidad económica

Con el obstáculo técnico del modelado prácticamente resuelto, el equipo del ORNL se prepara ahora para la siguiente fase del proyecto: analizar la viabilidad económica real de estas instalaciones.

Para ello realizarán estudios técnico-económicos que permitirán calcular los costes de adaptación de cada mina, su capacidad de almacenamiento y su rentabilidad a largo plazo. El objetivo es ofrecer a la industria herramientas que permitan evaluar cada emplazamiento de forma precisa.

Según Galen Fader, redactor científico del laboratorio, estas herramientas permitirán a las empresas tomar decisiones informadas sobre el diseño, la construcción y la operación de las instalaciones en ubicaciones concretas.

Además, los investigadores estudiarán también la eficiencia energética de todo el sistema, con el objetivo de establecer las mejores prácticas de diseño y operación para cada tipo de mina.

Si los resultados son positivos, el impacto podría ser enorme. Solo en Estados Unidos existen miles de minas de carbón abandonadas que actualmente representan un problema ambiental y económico para muchas comunidades.

Transformarlas en infraestructuras energéticas permitiría convertir un pasivo ambiental en un activo estratégico para la red eléctrica, aportando almacenamiento de larga duración para las energías renovables.

En cierto modo, sería cerrar un círculo histórico: las mismas minas que durante décadas alimentaron la revolución industrial basada en combustibles fósiles podrían terminar desempeñando un papel clave en la transición hacia un sistema energético mucho más limpio y estable.

Y lo más interesante es que esta idea no está limitada únicamente a Estados Unidos. Muchos países con tradición minera podrían replicar el modelo en el futuro, reutilizando infraestructuras olvidadas para crear gigantescas baterías de agua bajo tierra capaces de almacenar energía durante horas o incluso días.

Una segunda vida para lugares que durante años parecían condenados al abandono, pero que podrían convertirse en una pieza clave del sistema energético del futuro.

Fuente | ORNL