A medida que el uso mundial de electricidad renovable se dispara, superando por primera vez al carbón, crece a la par la necesidad de almacenar esa energía cuando no hay sol ni viento.
- Mientras algunos recurren a baterías de litio a gran escala y otros a centrales hidroeléctricas de bombeo, una industria pequeña pero en auge está convencida de que existe una solución aún mejor: baterías que utilizan aire.
- Cerca del pueblo de Carrington, en el noroeste de Inglaterra, se están sentando las bases para la primera instalación comercial del mundo de almacenamiento de energía mediante aire líquido.
- El complejo se convertirá en un conjunto de maquinaria industrial y varios tanques de almacenamiento de gran tamaño, llenos de aire comprimido y enfriado hasta convertirse en líquido, utilizando el excedente de energía renovable para cubrir la demanda.
La energía almacenada se podrá liberar posteriormente cuando la demanda supere la oferta.
- Si el proyecto tiene éxito, otros seguirán su ejemplo. Sus promotores, la empresa Highview Power, confían en que el almacenamiento de energía mediante aire líquido ayudará a los países a sustituir los combustibles fósiles por energías renovables limpias, aunque por ahora la tecnología sigue siendo costosa.
Sin embargo, a medida que crece la necesidad de almacenar energía limpia, apuestan a que la balanza se inclinará a favor del aire líquido.
El problema de la intermitencia
La transición a las energías renovables es fundamental para que el mundo reduzca las emisiones de gases de efecto invernadero y evite los peores impactos del cambio climático. Sin embargo, esto plantea desafíos para las redes eléctricas.
- Las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles como el carbón y el gas pueden encenderse y apagarse prácticamente a voluntad, ofreciendo un suministro de electricidad predecible que se ajusta a la demanda.
- En cambio, las energías renovables son intermitentes. Esto significa que a veces no generan suficiente electricidad, lo que conlleva el riesgo de cortes de luz, y otras veces hay un exceso —como en días de mucho viento— algo que podría dañar la red.
- Una parte importante de la solución consiste en almacenar el excedente de energía para poder liberarlo cuando sea necesario. Esto ayuda a garantizar un suministro fiable y minimiza el riesgo de daños a la red.
A medida que se ha incrementado el uso de energías renovables, se ha vuelto cada vez más importante desarrollar capacidad de almacenamiento a escala de red, afirma Shaylin Cetegen, ingeniera química del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que estudia sistemas de almacenamiento de energía.
- Durante décadas, la principal forma de almacenamiento de energía ha sido la hidroeléctrica de bombeo. El excedente de electricidad se utiliza para bombear agua cuesta arriba, donde se almacena tras una presa.
- Cuando se necesita energía, el agua fluye a través de turbinas, generando electricidad. En 2021, el mundo contaba con 160 gigavatios de capacidad hidroeléctrica de bombeo. Más recientemente, a medida que aumenta la demanda de almacenamiento de energía, se han construido sistemas de almacenamiento de baterías a gran escala.
- Este proceso se está desarrollando rápidamente y se está acelerando. Según la Agencia Internacional de la Energía, el almacenamiento de baterías a escala de red pasó de 1 GW en 2013 a más de 85 GW en 2023, con más de 40 GW añadidos solo en 2023.
El almacenamiento de energía mediante aire líquido, por el contrario, es una tecnología relativamente nueva. La idea básica existe desde 1977, pero recibió poca atención hasta este siglo.
La solución de aire líquido
El proceso funciona en tres etapas. Primero, se toma aire del entorno y se limpia. En segundo lugar, el aire se comprime repetidamente hasta alcanzar una presión muy alta. En tercer lugar, se enfría hasta licuarse mediante un intercambiador de calor multicanal:
- Un dispositivo con múltiples canales y tubos que transportan sustancias a diferentes temperaturas, lo que permite la transferencia controlada de calor entre ellos. «La energía que obtenemos de la red alimenta este proceso de carga», explica Cetegen.
- Cuando la red necesita energía adicional, el aire licuado se utiliza. Se extrae del almacenamiento y se evapora, volviendo a su estado gaseoso. Luego se emplea para accionar turbinas, generando electricidad para la red.
Posteriormente, el aire se libera de nuevo a la atmósfera
- Existen ingeniosas técnicas de ahorro energético durante el proceso. Por ejemplo, los gases a alta presión se calientan, por lo que la compresión del aire genera calor.
Este calor se puede utilizar para ayudar a recuperar el estado líquido del aire en la segunda parte del proceso. «Sin estos ciclos de recuperación térmica, la eficiencia del proceso ronda el 50%, pero al implementarlos, podemos superar el 60%, acercándonos al 70%», afirma Cetegen.
- El reto consiste en desplegar suficiente almacenamiento de energía mediante aire líquido para acelerar significativamente la transición ecológica.
Una solución provisional a escala de red
- La nueva planta de Manchester es la primera iniciativa a escala comercial del mundo. Está siendo construida por Highview Power, empresa que lleva 20 años desarrollando sistemas de almacenamiento de energía mediante aire líquido.
- Sigue la estela de una planta piloto en la cercana localidad de Pilsbury. La planta de Carrington podrá almacenar 300 megavatios-hora de electricidad, suficiente para cubrir un breve corte de suministro eléctrico para hasta 480.000 hogares.
- Entrará en funcionamiento en dos fases, según explica el director ejecutivo, Richard Butland. En agosto de 2026, está previsto que la turbina comience a operar. Esta no generará electricidad, pero contribuirá a estabilizar la red eléctrica.
Según Butland, actualmente los operadores de la red eléctrica recurren a veces a la puesta en marcha de centrales de gas para estabilizar la red. «Esto supone un coste enorme para el sistema», afirma. Al ofrecer un método alternativo de estabilización, «podemos evitar que lo hagan».
Se prevé que el sistema de almacenamiento de energía mediante aire líquido comience a operar en 2027. Highview tiene la intención de obtener ganancias vendiendo electricidad a la red cuando más se necesite.
- O sea, aunque el almacenamiento de energía es una tecnología esencial, su viabilidad económica es compleja, afirma Cetegen.
- En un estudio publicado en marzo, ella y sus colegas evaluaron la viabilidad del almacenamiento de energía mediante aire líquido en 18 regiones de Estados Unidos.
Compararon ocho escenarios diferentes de descarbonización, con distintos niveles de adopción de energías renovables. En todos los casos, estimaron la rentabilidad que un proyecto podría obtener mediante la compraventa de electricidad durante un período de 40 años.
Florida y Texas
En el escenario de descarbonización más ambicioso, el almacenamiento de energía mediante aire líquido resultó viable en Florida y Texas, pero no en ningún otro lugar.
«No observamos ningún sistema económicamente viable en los demás escenarios de descarbonización», señala Cetegen.
- Aunque esto podría interpretarse erróneamente como «un resultado negativo», Cetegen enfatiza que no significa que el almacenamiento de energía mediante aire líquido sea una mala idea.
- Para empezar, sus métodos eran deliberadamente conservadores, y su estudio reveló que otras formas de almacenamiento de energía, como la hidroeléctrica de bombeo y las baterías, eran aún menos viables económicamente.
Más concretamente, el principal problema era que las instalaciones de almacenamiento no generaban muchos beneficios en sus primeros años, porque no había suficientes energías renovables en la red eléctrica estadounidense como para impulsar la volatilidad de los precios.
«El sistema no se utilizaba mucho en los primeros años [del modelo]», afirma.
Cetegen destaca un último argumento a favor del almacenamiento de energía mediante aire líquido: su bajo costo.
- Las tecnologías de almacenamiento de energía suelen evaluarse mediante un indicador denominado «costo nivelado de almacenamiento», que estima el costo de cada unidad de energía almacenada durante la vida útil del proyecto.
- En el caso del aire líquido, este costo puede ser tan bajo como US$45 por megavatio-hora, en comparación con los US$120 del almacenamiento hidroeléctrico por bombeo y los US$175 dólares de las baterías de iones de litio.
«Si bien ninguno de estos métodos de almacenamiento es económicamente viable en la actualidad sin apoyo político, el almacenamiento de energía mediante aire líquido se destaca como una opción particularmente rentable para el almacenamiento a gran escala», afirma Cetegen.
- En última instancia, Butland prevé que las redes eléctricas dependerán de una combinación de tecnologías de almacenamiento. El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo es extremadamente eficaz y funciona durante décadas, pero depende de la ubicación, ya que requiere un suministro de agua.
- Por otro lado, las baterías son altamente eficientes y pueden ubicarse en cualquier lugar, pero deben reemplazarse después de aproximadamente 10 años. El aire líquido tiene la ventaja de poder almacenar energía durante más tiempo que las baterías, con mínimas pérdidas.
- A medida que un país inicia la transición hacia la energía verde, su red eléctrica necesita ser remodelada para adaptarse. «Estamos reconstruyendo todas las redes a nivel mundial, basándonos en la nueva generación», afirma Butland. Y eso bien podría implicar una gran cantidad de almacenamiento de energía mediante aire líquido.
Así será la primera planta del mundo que almacenará energía con aire líquido
El crecimiento acelerado de las energías renovables está transformando la forma en que el mundo produce electricidad. Por primera vez, la generación limpia ya supera al carbón a nivel global.
- Sin embargo, este avance plantea un desafío central: cómo almacenar la energía cuando no hay sol ni viento.
- Conforme aumenta la producción renovable, también crece la necesidad de contar con sistemas que permitan guardar ese excedente y usarlo cuando la demanda lo exige.
En este escenario, una tecnología desarrollada desde finales de los años setenta, pero ignorada durante décadas, vuelve a cobrar relevancia: el almacenamiento de energía mediante aire líquido.
- En el noroeste de Inglaterra, cerca de Carrington, se construye la primera planta comercial del mundo basada en este sistema.
El proyecto, impulsado por la empresa Highview Power, comenzará a operar a partir de 2026 y busca convertirse en una alternativa para reforzar la estabilidad de las redes eléctricas, de acuerdo con información de la compañía, la Agencia Internacional de la Energía (AIE) y estudios del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).
El reto de la intermitencia en las energías renovables
- La transición energética es clave para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y enfrentar el cambio climático. No obstante, las fuentes renovables tienen una limitación estructural: no producen electricidad de forma constante.
- Las centrales de carbón o gas pueden ajustarse a la demanda casi en tiempo real. En cambio, la energía solar y eólica dependen del clima. Esto puede generar déficits de electricidad en ciertos momentos o excesos de generación que ponen en riesgo la red.
Por esta razón, almacenar el excedente energético y liberarlo cuando se necesita se ha vuelto una prioridad para los sistemas eléctricos modernos.
Las opciones actuales para almacenar energía a gran escala
Durante años, la principal tecnología ha sido la hidroeléctrica de bombeo, que utiliza electricidad sobrante para bombear agua hacia una presa elevada.
- Cuando se requiere energía, el agua desciende y mueve turbinas. En 2021, esta tecnología alcanzó una capacidad global de 160 gigavatios, según datos internacionales.
- En la última década, también se han expandido las baterías a gran escala, especialmente las de iones de litio.
- De acuerdo con la AIE, la capacidad mundial pasó de 1 gigavatio en 2013 a más de 85 gigavatios en 2023, con un crecimiento acelerado en los últimos años.
Aun así, ambas opciones presentan limitaciones en costos, vida útil o condiciones geográficas. Es en este punto donde el aire líquido se plantea como una alternativa complementaria.
Cómo funciona el almacenamiento de energía con aire líquido
El sistema opera en tres etapas. Primero, se toma aire del ambiente y se limpia. Después, se comprime hasta alcanzar presiones muy altas. Finalmente, se enfría mediante intercambiadores de calor hasta que se convierte en líquido.
Durante esta fase se utiliza electricidad, preferentemente renovable, para cargar el sistema. Cuando la red necesita energía, el proceso se invierte: el aire líquido se evapora, vuelve a su estado gaseoso y se usa para accionar turbinas que generan electricidad. Al final, el aire se libera nuevamente a la atmósfera.
- La ingeniera química Shaylin Cetegen, del MIT, explica que el sistema aprovecha el calor generado durante la compresión.
- Sin recuperación térmica, la eficiencia ronda el 50%, pero al reutilizar ese calor podemos superar el 60% y acercarnos al 70%”, señala.
La primera planta comercial estará en Inglaterra
- La planta de Carrington es la primera iniciativa comercial a gran escala. Tendrá capacidad para almacenar 300 megavatios-hora, suficiente para cubrir un corte breve de suministro para hasta 480 mil hogares.
Según Richard Butland, director ejecutivo de Highview Power, el proyecto entrará en operación por fases. En agosto de 2026 comenzará a funcionar la turbina, enfocada en estabilizar la red eléctrica. El sistema completo de almacenamiento y generación está previsto para 2027.
- Actualmente, los operadores recurren en ocasiones a centrales de gas para estabilizar la red. Esto tiene un costo muy alto para el sistema”, afirma Butland. El objetivo del aire líquido es reducir esa dependencia.
¿Es viable económicamente esta tecnología?
La rentabilidad sigue siendo un reto. En un estudio publicado en marzo, Cetegen y su equipo analizaron la viabilidad del aire líquido en 18 regiones de Estados Unidos, considerando distintos escenarios de descarbonización.
- En el escenario más ambicioso, el sistema fue viable solo en Florida y Texas. Sin embargo, la investigadora aclara que este resultado no significa que la tecnología sea inviable. De hecho, otras opciones de almacenamiento mostraron resultados económicos menos favorables.
Uno de los factores clave es que, en las primeras etapas de la transición energética, la volatilidad de precios aún es baja, lo que limita los ingresos de los sistemas de almacenamiento.
El bajo costo, una ventaja clave del aire líquido
- El aire líquido destaca por su costo nivelado de almacenamiento, que puede ser de hasta 45 dólares por megavatio-hora.
- En comparación, la hidroeléctrica de bombeo ronda los 120 dólares, y las baterías de iones de litio alcanzan los 175 dólares.
- Si bien ninguna tecnología es totalmente rentable sin apoyo político, el aire líquido se perfila como opción atractiva para el almacenamiento a gran escala”, afirma Cetegen.
Un futuro con múltiples tecnologías de almacenamiento
Especialistas coinciden en que no existe una solución única. La hidroeléctrica de bombeo es duradera, pero depende del entorno. Las baterías son flexibles, pero requieren reemplazos frecuentes. El aire líquido permite almacenar energía por más tiempo con pérdidas mínimas.
A medida que los países avanzan hacia la energía limpia, las redes eléctricas deben adaptarse. Estamos reconstruyendo las redes a nivel mundial con base en la nueva generación”, concluye Butland.
En ese proceso, el almacenamiento de energía mediante aire líquido podría dejar de ser una promesa olvidada y convertirse en una herramienta clave del sistema eléctrico del futuro.
China pone en marcha almacenamiento de aire líquido del mundo
China ha puesto en marcha la mayor instalación de almacenamiento de energía de aire líquido del mundo, conocida como Super Air Power Bank. Construida por China Green Development Investment Group (CGDI) en colaboración con el Instituto Técnico de Física y Química de la Academia China de Ciencias (TIPC-CAS), la instalación está situada en el desierto de Gobi, cerca de la ciudad de Golmud, en la provincia de Qinghai.
- La planta funciona comprimiendo y enfriando el aire a –194 °C, licuándolo y almacenándolo en tanques especializados. Cuando se necesita electricidad, el aire líquido se expande hasta alcanzar más de 750 veces su volumen original, lo que impulsa las turbinas para generar energía. Básicamente, el proyecto transforma el aire en un portador de almacenamiento de energía en condiciones de frío extremo.
Durante las horas de menor consumo, el exceso de electricidad alimenta los compresores para presurizar el aire purificado y convertirlo en gas a alta presión y alta temperatura. A continuación, este gas se enfría y se licua en una caja fría antes de almacenarse en tanques a baja temperatura y presión atmosférica.
- El calor generado durante la compresión se captura en tanques esféricos de alta presión. Cuando llega el pico de demanda de electricidad, el aire licuado se presuriza y se vaporiza. Con la ayuda del calor recuperado y el medio de almacenamiento en frío, se forma un gas a alta presión y alta temperatura que impulsa los expansores para generar electricidad.
- El Super Air Power Bank de 60 MW/600 MWh puede funcionar de forma continua durante 10 horas, generando aproximadamente 180 GWh al año, suficiente para abastecer de energía a unos 30 000 hogares. La instalación desempeñará un papel fundamental en el equilibrio de las fluctuaciones de las fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica.
CGDI informó de que el proyecto superó los obstáculos técnicos del almacenamiento en frío en cascada a temperatura ultrabaja, desarrolló un sistema de almacenamiento a baja temperatura a presión atmosférica y resolvió los retos fundamentales del almacenamiento de aire y la liberación a presión constante.
- La construcción comenzó el 1 de julio de 2023, y el entorno de gran altitud planteó numerosos retos de ingeniería. Mediante la integración de siete tecnologías innovadoras a nivel internacional con derechos de propiedad intelectual totalmente independientes, el equipo logró escalar con éxito la tecnología desde el nivel de cien kilovatios hasta el de diez mil kilovatios.
Ahora, CGDI ha anunciado que ya se ha completado toda la instalación de la infraestructura y los equipos, utilizando componentes de producción totalmente nacional, y que la instalación ha entrado en la fase de puesta en marcha intensiva./PUNTOporPUNTO
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