NeoFronteras

Batería de flujo segura y barata

Área: Medio ambiente,Tecnología — jueves, 1 de octubre de 2015

Crean una batería de flujo que usa elementos baratos y abundantes en disolución acuosa que no son tóxicos, no es inflamable ni corrosiva y es segura, fiable y barata.

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La gasolina y el tristemente gasóleo puesto de moda recientemente producen dióxido de carbono, lo que contribuye al calentamiento global, pero también óxidos de nitrógeno (ambos) y partículas (sobre todo el diesel) que contaminan nuestras ciudades. Pero nadie les puede negar la gran concentración de energía que estos combustibles poseen y lo fácil que resulta repostar.
La alternativa eléctrica es más eficiente, no contamina las ciudades y si el origen de la electricidad es solar, eólico u otra fuente alternativa además no se contribuye al efecto invernadero. Sin embargo, en países como China, cuya electricidad procede en gran medida de las centrales térmicas de carbón, el uso de automóviles eléctricos contribuye al calentamiento global.
Pero esa densidad energética alcanzada por la gasolina no es igualada por las baterías. Además, estas son caras y caducan al cabo de un determinado número de ciclos de carga.
Este inconveniente de la baja densidad de energía se podría soslayar si no hubiera otro inconveniente más de las baterías frente a la gasolina. Se puede repostar un automóvil convencional en unos pocos minutos, pero no se puede cargar la batería en tan poco tiempo. Si a la baja autonomía le sumamos el largo tiempo necesario para repostar, el uso del auto eléctrico se hace poco más o menos que inviable a no ser que se viva en una casa baja y se use el automóvil para ir al trabajo si este está a escasa distancia. O que se sea millonario y se compre uno un Tesla.
Sin embargo, hay una solución para reducir el tiempo necesario para repostar. Se podrían usar baterías cuyo electrolito líquido sea sustituido en la “gasolinera”. El tiempo en este caso sería igual al de repostar gasolina.
Pero, y esto es aún mejor, este tipo de baterías de flujo se podrían usar para ajustar la demanda de electricidad en nuestras casas al aporte de energía por parte de las fuentes alternativas de energía, sea en nuestros propios hogares o de forma centralizada.
Cuando hubiese sol o viento se produciría corriente que se usaría para “cargar” electrolito que se almacenaría en un depósito convencional. Mientras que los electrodos en sí podrían seguir siendo pequeños (tamaño batería). Cuando hubiera demanda se haría pasar el electrolito mediante bombeo por el sistema de electrodos y se generaría electricidad, con o sin sol. El único límite es el tamaño del depósito y la cantidad de electrolito. Y los depósitos pueden ser arbitrariamente grandes, al menos si no se usa en automóviles. Es decir, el sistema se puede escalar a las necesidades.
Desde hace tiempo existen tales baterías, pero ciertos inconvenientes las mantenían alejadas de su viabilidad comercial: su precio, el uso de sustancias tóxicas o escasas, su inflamabilidad, su seguridad, etc. Hasta ahora en este tipo de batería se solía usar, por ejemplo, vanadio o cromo (metales pesados tóxicos) disuelto en ácido (corrosivo e inseguro).
Ahora, un grupo de investigadores dice haber conseguido una batería de este tipo que usa elementos baratos y abundantes (carbón, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, hierro y potasio) en disolución acuosa que no tiene productos tóxicos, no es inflamable ni corrosiva y que puede ser segura, fiable y barata.

La idea a la hora de crear esta nueva batería de flujo es usar compuestos orgánicos denominados quinones en lugar de metales pesados, caros y tóxicos. El nuevo sistema se basa en una combinación de un tinte orgánico y un compuesto que se suele usar como aditivo alimentario.
Los quinones son abundantes en el mundo biológico y formar parte de procesos como la fotosíntesis o la respiración celular.
Los quinones disueltos en agua forman una disolución que hace de electrolito negativo en la batería. La parte positiva la solía ejercer una disolución de bromo en la versión anterior.
El bajo precio de estos productos permite su comercialización para su uso en redes eléctricas. Ya ha sido licenciado a una compañía europea.
Pero el bromo no está exento de riesgos, así que este grupo se puso a investigar en cómo sustituirlo por otros compuestos igual de baratos, pero menos tóxicos y más seguros. Dieron con un compuesto que permitía esa meta: ferrocianuro.
Aunque sea un compuesto de cianuro no hay problemas de toxicidad. El cianuro mata porque se une al hierro de los glóbulos rojos de la sangre y los inutiliza, pero en este compuesto ya está unido químicamente al hierro, así que es 100% seguro. De hecho, se suele usar como aditivo alimentario y como fertilizante. Además, es altamente soluble en disoluciones alcalinas de agua en lugar de ácidas como en la anterior versión.
Además, el uso de disoluciones alcalinas tienen otra ventaja. Al no ser corrosiva el sistema de batería de flujo puede ser construido con componentes baratos de una manera sencilla y simple. Puede usarse el plástico, por ejemplo.
El nuevo sistema abre grandes posibilidades, pues estos compuestos orgánicos pueden ser ajustados o cambiados por otros de tal modo que se consiga aumentar las prestaciones de la batería de flujo.
Según la legislación y regulaciones dificultan finalmente la venta de energía solar casera a las compañías eléctricas (en algunos países están obligadas a comprar esta energía), se tendrá más incentivos para instalar sistemas de baterías en las casas, como estas de flujo, que serían lo suficientemente baratas como para ser rentables incluso a esta escala.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Eliza Grinnell/Harvard Paulson School.

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8 Comentarios

  1. Albert:

    La densidad de energía de la gasolina es de 34,78 MJ/lit
    ¿De qué cifra aproximada de densidad de energía estamos hablando en estos electrolitos?

  2. NeoFronteras:

    Seguro que estos electrolitos tienen una densidad energética mucho menor que la gasolina.

  3. apalankator:

    Seguro que tienen mucha menor densidad energética que los hidrocarburos, pero es una tecnología nueva y hay que darle su oportunidad, nadie sabe cómo puede evolucionar en los próximos años.

  4. tomás:

    Pero las baterías litio-aire tienen una densidad energética en peso tan solo un 10 % menor que la gasolina. Y el rendimiento del motor eléctrico es mucho mejor que el de explosión. Me ha sorprendido mucho esto cuando lo he mirado, por el hecho de que los coches Tesla usan litio-ión, de mucha menor densidad energética a pesar de que sean tan carísimos.

  5. NeoFronteras:

    Hay varios aspectos además de la densidad de energía que también hay que considerar: números de ciclos, potencia/peso, volumen, precios de los materiales, abundancia de los materiales en la corteza terrestre, etc.
    El caso es que hay varías tecnología en investigación y veremos cuál se lleva el gato al agua. Quizás una VHS cualquiera frente a la Beta.

    La pena es que no se hiciese una especie de proyecto Apolo o Manhattan sobre este tipo de asuntos en los años ochenta. Pero Ronald Reagan estaba muy ocupado quitando los paneles solares que puso Carter en la Casa Blanca y pagando el absurdo de la Guerra de las Galaxias.

  6. tomás:

    Naturalmente que hay otros factores muy importantes. Tanto que, si por densidad energética fuese, ya estaría resuelto: combustibles fósiles. Pero está el CO2 y otros problemas. Y, claro, dentro de las pilas todos los que comentas como mínimo que pueden resultar en que lo mejor sea uno que no tenga la mayor densidad energética o, como insinúas, se resuelva por estrategia comercial. Pero lo que me resulta extraño es una diferencia tan enorme entre el Li-aire y Li-ion, unas 10 veces más el primero que el segundo.

  7. NeoFronteras:

    Partamos de la hipótesis de que tenemos una batería barata, fiable y segura. Supongamos además que mejoramos las renovables hasta hacerlas completamente rentables.
    La pregunta es la siguiente: ¿dejaremos entonces de consumir petroleo? ¿LO dejarán de consumir todos los países?

    Todo lo que se ahorre de energía y toda la posible que se genera se consume, así viene siendo desde hace siglos.
    Toda nuestra prosperidad actual se basa en una energía barata virtualmente gratuita: el petroleo. Esto es para nuestros hogares y, sobre todo, para la producción industrial.
    Como estos entes están sujetos a las leyes del mercado, unas renovables baratas harán que baje el petróleo por baja demanda y entonces su consumo será más atractivo.
    La gente no quiere cambiar su modo de vida y su derroche energético. Así por ejemplo, mis vecinos mantienen varias farolas de bola de unos 300 vatios toda la noche hasta después de salir el sol.
    El petroleo es básicamente gratis de producir (aunque tenga un precio para el consumidor) y las demás energías no pueden competir contra él. Esto seguirá siendo así mientras existan campos con bolsas de petroleo somero (como en Arabia Saudita) en donde su extracción no cuesta nada.
    Hay lugares en donde ya empieza ser costoso por su profundidad (Golfo de México) o por su dificultad (fractura hidráulica), así que quizás estos dejen de explotarse. El resto se explotarán hasta su total agotamiento y se consumirá.
    Es decir, vamos a consumir sí o sí todo el petróleo barato, todo. Y ese CO2 generado irá a la atmósfera.

    Eso por no hablar del carbón.

  8. tomás:

    Mientras leía tu comentario, que desde el principio me convencía, ya estaba pensando en que, cuanto dices, lo prueba el consumo de carbón -con cuya cita terminas- que se sigue extrayendo aunque el petróleo sea mucho más barato transportable, etc. Eso es terrible. Así lo explicas en el artículo “La presencia del ser humano es peor que la radiación para la Naturaleza”.
    Cuando dices, entre paréntesis: “aunque tenga un precio para el consumidor”, supongo que unes lo que debemos abonar y el costo no dinerario del deterioro ambiental que pagamos con nuestra salud y nuestro futuro, tan negro como ese carbón.
    Y resulta que el el tal Salmán saudita, además asesina con saña a ese pobre muchacho para vergüenza del mundo y mayor gloria de Alá el misericordioso.

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