La química es crucial para el crecimiento global del almacenamiento de energía

La química es crucial para el crecimiento global del almacenamiento de energía

El mercado mundial de almacenamiento de energía está impulsado por varios factores, y los productores de energía buscan continuamente formas de mejorar sus sistemas de almacenamiento y mejorar el rendimiento.

Las tecnologías de baterías para el almacenamiento de energía son cada vez más importantes a medida que los desarrolladores de proyectos buscan formas de controlar los costos y optimizar los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS). El avance de la tecnología respalda la reducción del costo de las instalaciones de BESS, ya que los nuevos sistemas pueden almacenar más energía durante períodos más prolongados.

El almacenamiento también admite la integración de la red para los recursos de energía renovable, ofreciendo una forma de compensar la intermitencia de la energía eólica y solar. Esa es una de las razones por las que los investigadores de todo el mundo se centran en la química de las nuevas baterías para el almacenamiento de energía; la química de la batería ha sido un tema principal de discusión en POTESTADES Conferencia Anual de Energía Distribuida, parte de la semana Experience POWER.

Tejas Kusurkar

Tejas Kusurkar, cofundador y director ejecutivo de Offgrid Energy Labs, una empresa de tecnología de baterías a base de zinc con sede en la India y una oficina estadounidense en San Francisco, California, recientemente compartió información sobre su grupo y el mercado de almacenamiento de energía con FUERZA. Kusurkar dijo que la “química patentada de la batería ZincGel de su compañía aprovecha las abundantes materias primas disponibles y la infraestructura existente para reducir el costo y el rendimiento del almacenamiento de energía. Offgrid Energy Labs ofrece una solución segura, sostenible y rentable diseñada tanto para equipos estacionarios [storage] y aplicaciones de movilidad”.

Kusurkar lidera el desarrollo de productos en Offgrid Energy Labs, supervisando la cartera global de propiedad intelectual de la empresa. Tiene un doctorado del Instituto Indio de Tecnología, Kanpur (IIT Kanpur), donde investigó los biocombustibles a base de algas. Su experiencia en tecnologías incluye síntesis de grafeno, supercondensadores y células solares sensibilizadas por colorante. Antes de iniciar Offgrid Energy Labs, Tejas estableció la instalación BIRAC-BioNest en el Centro de innovación e incubación de empresas emergentes en IIT Kanpur.

POTENCIA: La década actual ha sido denominada «La década del almacenamiento de energía». Tres años después, ¿es eso exacto? ¿Cree que continuará el crecimiento en el almacenamiento de energía y, de ser así, a qué ritmo? Si cree que el crecimiento se ralentizará, ¿por qué?

Kusurkar: Compartamos nuestra perspectiva sobre esto desde el lente de la historia de crecimiento de la India. India es la quinta economía más grande del mundo con un crecimiento del PIB (producto interno bruto) superior al 8% en 2022, mientras que gran parte del mundo luchó con los shocks del mercado. La base de consumidores se está expandiendo rápidamente, al igual que sus necesidades energéticas.

Vemos que la demanda de almacenamiento de energía crece constantemente durante los próximos dos a cuatro años, y luego llega a un punto de inflexión. El crecimiento del almacenamiento de energía va de la mano con la transición energética global. India tiene un ambicioso plan para instalar 500 GW de energía renovable para 2030, lo que permitirá al país satisfacer el 50 % de sus necesidades energéticas a través de energías renovables. Junto con la adopción de vehículos eléctricos en los próximos años, será un desafío para los operadores de la red garantizar la confiabilidad de la red y suministrar energía de calidad constante.

Los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) son una parte imperativa de la combinación energética emergente, principalmente como un mecanismo para mantener la seguridad de la red y abordar la intermitencia de la energía renovable en gran medida. Las baterías para aplicaciones de respaldo de energía son un mercado importante entre las aplicaciones estacionarias. Si bien se espera que los mecanismos del mercado incentiven la adopción de ESS, la previsión regulatoria y de la industria serán factores clave para acelerar el crecimiento hasta una curva de palo de hockey.

POWER: ¿Cuáles son los principales desafíos actuales para el sector del almacenamiento de energía?

Kusurkar: La industria del almacenamiento de energía enfrenta varios desafíos: tecnología heredada que no se adapta a la demanda y las aplicaciones actuales; viabilidad comercial del almacenamiento en relación con el costo de generación de energía; satisfacer la demanda prevista de almacenamiento de energía, especialmente en un mundo que está experimentando una rápida transición de fuentes convencionales a fuentes renovables; y necesidades emergentes como las de los vehículos eléctricos. Además, la cantidad de distintos tipos de aplicaciones de los sistemas ESS ha aumentado drásticamente, con requisitos del sistema que tienen variabilidad en la capacidad del sistema, la duración del almacenamiento, la estabilidad de la temperatura, etc.

Sin embargo, el principal desafío es de naturaleza geopolítica. La adquisición de materiales esenciales para desarrollar productos químicos novedosos para el almacenamiento de energía es finita y de difícil acceso; vimos este juego con el petróleo y el litio en la generación anterior. Las cuestiones de la globalización inversa ocupan un lugar preponderante en el mundo post-COVID con tensión en la cadena de suministro. Por lo tanto, estamos viendo el surgimiento de mezclas químicas derivadas de recursos más comúnmente disponibles.

POWER: ¿Se están desarrollando nuevas tecnologías de almacenamiento que respaldarán a la industria?

Kusurkar: Las tecnologías de almacenamiento de energía abarcan mecánicas, electrotérmicas, térmicas y eléctricas. El almacenamiento electroquímico, es decir, las baterías, está experimentando una importante innovación y nuevas aplicaciones. Hace una década, dos químicas de baterías dominaban el mercado: ácido de plomo y iones de litio. Se han utilizado en todas las aplicaciones, incluso para casos de uso subóptimos, debido a la aparente falta de opciones. El enfoque de talla única agotó el rendimiento y los recursos.

Hoy en día, estamos viendo el surgimiento de productos químicos alternativos en todo el mundo, desde sodio hasta hierro, aire y electrodos a base de zinc… Se están reinventando baterías de todo tipo para aplicaciones caso por caso. Una red futura requerirá un mosaico de tecnologías e instalaciones de almacenamiento para satisfacer las diversas necesidades de una red eléctrica basada en energías renovables.

Estamos entusiasmados con el resurgimiento del zinc. El zinc se utilizó por primera vez para fabricar baterías en la década de 1800 y la primera batería recargable fue desarrollada por Georges Leclanché en 1866. Las capacidades de ingeniería y química refinadas han posicionado al zinc como un componente crítico en el segmento de almacenamiento de energía de larga duración (más de 10 horas de carga) . . Las empresas que construyen soluciones de baterías a base de zinc incluyen EOS de EE. UU., Gelion de Australia y nuestro propio Offgrid Energy Labs de India.

Además, las baterías de flujo redox de vanadio están disponibles comercialmente; sin embargo, la economía unitaria aún plantea un desafío importante para escalar. El ion de sodio está emergiendo como otra solución comercialmente viable. Finalmente, las baterías de aluminio son una alternativa rentable, aunque los casos de uso óptimo necesitan una mayor validación.

POWER: ¿Qué importancia tiene la ubicación de los proyectos de almacenamiento de energía? ¿Deben instalarse en subestaciones y/o en varios puntos a lo largo de la red eléctrica?

Kusurkar: La ubicación de los proyectos de almacenamiento de energía es una parte vital para satisfacer las necesidades de energía utilizando energía renovable. Los modelos de instalación pueden variar según la topología de la red, el alcance de la tecnología de almacenamiento utilizada y los requisitos del usuario final. La ubicación de los proyectos de almacenamiento de energía también debe considerar factores como la frecuencia y la amplitud de las fluctuaciones de energía, el tiempo de respuesta requerido y el costo del proyecto.

Un enfoque implica grandes bancos de baterías que se pueden instalar cerca de las subestaciones donde podrían operar los proyectos de construcción propia y operación de servicios públicos. Este tipo de configuración requiere mucho capital pero es altamente confiable.

Por otro lado, los proyectos de almacenamiento de energía se pueden implementar de una manera más descentralizada. Las centrales eléctricas virtuales, o VPP, pueden aprovechar los bancos de baterías existentes con socios comerciales e industriales para equilibrar la red localmente. La ventaja de este enfoque es que requieren menos capital al reutilizar la infraestructura existente.

ENERGÍA: ¿Habrá un rápido crecimiento en el almacenamiento de energía para sitios residenciales, comerciales e industriales? ¿Las empresas de servicios públicos impulsarán el crecimiento en el almacenamiento de energía, o un mayor crecimiento provendrá de la inversión privada (o gubernamental) en proyectos de almacenamiento?

Kusurkar: Vemos que el rápido crecimiento en el almacenamiento de energía está siendo impulsado por las necesidades comerciales e industriales. En el contexto de la India, los generadores diésel, o DG, se usan comúnmente para respaldo de energía. Battery ESS está reemplazando rápidamente a los DG dado que son un 30 % más baratos de operar y tienen una menor huella de carbono.

Las políticas gubernamentales para la transición energética están incentivando el cambio en la industria del almacenamiento de energía. Por ejemplo, el gobierno indio lanzó en 2022 un esquema vinculado a la producción, o PLI, para químicas de celdas avanzadas con el objetivo de impulsar la producción nacional de baterías.

Proctor Darrell es editor asociado sénior de POWER (@POWERmagazine).

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