¿En qué situación se encuentra el almacenamiento de energía estacionaria?

Las tecnologías de almacenamiento son el factor fundamental para el éxito de la transición energética y garantizar un suministro energético independiente. La transición energética es la búsqueda de energías alternativas limpias y renovables, como la fotovoltaica, la hídrica y la eólica. A diferencia del combustible fósil, que hoy ofrece un respaldo energético o lo que se conoce en inglés como reliability, las energías alternativas no pueden garantizar lo mismo en la actualidad.

Este problema se debe a que, en el caso puntual de la energía solar y la eólica, la radiación solar y la intensidad de los vientos son variables, por lo que no garantizan una generación regular de energía. El desafío importante es garantizar un almacenamiento energético mediante el uso de sistemas de almacenamiento de alto rendimiento que puedan producirse de manera rentable y usarse a gran escala para el almacenamiento local de energía renovable.

El mercado global de almacenamiento de energía estacionaria se encuentra en una fase de exploración, investigación y crecimiento. Se espera que las nuevas tendencias, como el desarrollo de baterías avanzadas y el almacenamiento de energía como servicio, ofrezcan oportunidades en los próximos años. Los científicos y desarrolladores analizan constantemente la viabilidad del uso de baterías de azufre, debido a que este es uno de los materiales más abundantes y fácilmente disponibles en la Tierra.

En diciembre de 2022, un equipo de investigadores de la Universidad de Sydney, en Australia, liderado por el doctor Shenlong Zhao, dio a conocer una nueva batería de sodio y azufre con el potencial de reducir de manera significativa el costo de la transición a una economía baja en CO2. La característica principal de este novedoso diseño es que ofrece cuatro veces la capacidad de almacenamiento de energía, frente a una típica batería de iones de litio. En consecuencia, esta capacidad la perfila como una tecnología prometedora para el futuro almacenamiento de energía a escala de red, que es ser mucho más barata de producir.

Para crear la batería, el equipo del doctor Zhao utilizó, además del azufre de sodio, un tipo de sal fundida que puede extraerse del agua de mar. Esta característica la convierte en una alternativa más rentable que las baterías de iones de litio. Las baterías de sodio-azufre (NaS) existen desde hace más de medio siglo y han sido una alternativa inferior con un uso generalizado que se ha visto limitado por su baja capacidad energética y sus cortos ciclos de vida. Por el contrario, la batería de sodio y azufre ha sido diseñada como una solución de alto rendimiento, centrado en grandes sistemas de almacenamiento de energía renovable como las redes eléctricas, al tiempo que reduce los costos operativos de manera significativa.

La ventaja de esta tecnología es que tiene mayor densidad de energía que otras baterías de iones de litio, lo que significa que puede almacenar más energía en un volumen y peso dados. Ello las vuelve ideales para aplicaciones de alto rendimiento, como vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía. También son más baratas, ya que el dióxido de azufre es más abundante y menos costoso que otros materiales usados en baterías, como el cobalto y el níquel. Asimismo, las soluciones de almacenamiento que se fabrican con recursos abundantes como el sodio, que se puede procesar a partir del agua de mar, tienen el potencial de garantizar un mayor respaldo y seguridad energética de forma más amplia, para permitir que más países opten por estas tecnologías.

Estas baterías pueden ser reciclables y, por lo tanto, posteriormente reactivadas. No obstante, dentro de los puntos negativos de esta tecnología es que el dióxido de azufre usado como electrodo negativo en las baterías de azufre es altamente sensible a la humedad y a la corrosión. Ello puede afectar la estabilidad y durabilidad a largo plazo de la batería. Esta reacción provoca la acumulación de una sustancia sólida llamada sulfuro de litio y polisulfuro de litio en el electrolito que, a su vez, propicia la corrosión en el ánodo de litio. En simple, este proceso de acumulación de polisulfuro afecta la durabilidad de la batería.

Según las últimas investigaciones y reportes sobre la producción de baterías, el mercado mundial de baterías de sodio y azufre será testigo de un crecimiento pronunciado durante el 2023. Se proyecta que el tamaño del mercado global de baterías de sodio y azufre crezca de USD 300.3 millones, en el 2022, a USD 1026.4 millones, en el 2029. Se espera que aumente a una tasa compuesta anual de USD 1026.4 del 2023 al 2029.

En este contexto, la startup alemana de baterías Theionm ha realizado investigaciones sobre litio y azufre, en medio de afirmaciones de que tales baterías podrían triplicar la autonomía de los vehículos eléctricos. El problema, como siempre, es sacar del laboratorio la tecnología avanzada de baterías y aplicarla en la producción comercial de una manera factible, confiable y rentable.

Del mismo modo, es probable que Europa experimente un crecimiento notable en los próximos años, debido a la creciente demanda de baterías NaS. De hecho, se prevé que los avances tecnológicos en términos de rentabilidad, eficiencia mejorada e innovación de estos productos impulsen el crecimiento del mercado regional.

Como es el caso de todas las tecnologías emergentes, la inversión en baterías alternativas amenaza con llenar nichos de mercado hambrientos de energía, en la medida que estos últimos surjan. Además, según evolucione el ecosistema de almacenamiento de energía, la magnitud de su crecimiento comenzará a justificar su inversión. Será en este punto de inflexión que las energías renovables podrán contar con un respaldo que compita con los combustibles fósiles. Al respecto, Caiso, el operador de red de California, afirma que el mercado de baterías actual comprende el 6 % de la capacidad máxima en horas punta del estado, en comparación con el 0.1 % que ocupaba en el 2017. Ello constituye un aumento de sesenta veces en el tamaño del mercado en cinco años.

En el estado de Texas se proyecta que, para junio del 2023, la capacidad de la batería conectada a la red supere en más del triple los niveles actuales y pasó de 2300 megavatios (MW) a 7000 MW. Por lo tanto, los formuladores de políticas pueden sopesar varias estrategias de intervención para garantizar que los mercados estén mejor posicionados y, así, permitir que las tecnologías de baterías alternativas alcancen un despliegue comercial completo.

El mercado del almacenamiento de energía estacionaria aún se encuentra en su etapa inicial. Muchas tecnologías deben ampliarse y sus costos, reducirse de manera significativa, antes de que puedan implementarse a gran escala. A pesar de estos desafíos, se espera que el mercado global de almacenamiento estacionario crezca, a medida que más países se embarquen en estas alternativas energéticas. La visión de diversificación de la plataforma energética con una proporción cada vez mayor de energías renovables ofrece grandes desafíos, pero también grandes oportunidades complementarias al uso de combustibles fósiles.