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La Edad del Hierro ansiaba regresar después de siglos de permanencia en las sombras, y la transición energética finalmente le está brindando un nuevo comienzo. El hierro es el ingrediente clave en nuevas plataformas de almacenamiento de energía a gran escala y de larga duración que desviarán más recursos renovables a la red, garantizando resiliencia y confiabilidad incluso cuando no brilla el sol o no sopla el viento.

De todos modos, ¿por qué necesitamos nuevas plataformas de almacenamiento de energía?

Los conjuntos de baterías de iones de litio se han convertido en la tecnología de almacenamiento de energía preferida para los recursos renovables. Suavizan las variaciones en la electricidad generada por las turbinas eólicas y los paneles solares durante unas pocas horas seguidas, lo que es suficiente para manejar la mayoría de las tareas diarias de gestión de la red, así como energía de respaldo de emergencia cuando sea necesario.

Sin embargo, este año el Departamento de Energía de Estados Unidos está lanzando un nuevo acelerador de tecnología de almacenamiento de energía de última generación, valorado en 75 millones de dólares, llamado Grid Storage Launchpad, y la gran pregunta es por qué. Las baterías de iones de litio pueden alcanzar la escala de la red, como lo ilustra el enorme 750 megavatios Conjunto de baterías de iones de litio de Moss Landing en California.

El Departamento de Energía de EE.UU. está preparado con una respuesta. Han estado presionando el caso por Larga duración plataformas de almacenamiento de energía que pueden durar al menos 10 horas, o mucho más, para dar cabida a una red saturada de recursos energéticos intermitentes. Por más grande que sea, las instalaciones de Moss Landing solo ofrecen una duración de descarga de cuatro horas.

"Si bien actualmente se está instalando almacenamiento de menor duración para respaldar el nivel actual de generación de energía renovable, se necesitan tecnologías de almacenamiento de mayor duración a medida que se implementan más energías renovables en la red", explica el Departamento de Energía.

Además de extender la duración del sistema, el Departamento de Energía también busca reducir los costos en un 90%, en parte mediante el despliegue de materiales abundantes en la Tierra que no están expuestos a altos costos, riesgos de la cadena de suministro, problemas de toxicidad y riesgos de incendio.

Ya existe una alternativa comprobada, en forma de sistemas de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo. Sin embargo, su aplicación está geográficamente limitada debido a los requisitos de agua y elevación. Aunque las cuestiones socioculturales y medioambientales también pueden presentar obstáculos reutilización de antiguos sitios de energía fósil puede ofrecer una opción menos polémica.

El regreso de la Edad del Hierro, otra vez

La Edad del Hierro es una reliquia de la contabilidad histórica del siglo XIX, que divide la historia humana temprana en tres períodos cronológicos definidos por un material clave: la Edad de Piedra, la Edad del Bronce y la Edad del Hierro. Por supuesto, ninguno de estos materiales abandonó completamente la escena. En particular, el hierro (símbolo químico Fe) es una característica destacada de la economía industrial moderna gracias a su uso en la fabricación de acero, entre otras áreas. También ayuda ser el cuarto elemento más abundante en la superficie de la Tierra.

El hierro ya ha comenzado a abrirse camino en el campo del almacenamiento de energía a pequeña escala, un ejemplo de ello es el nuevo Batería para vehículos eléctricos de fosfato de hierro y litio desarrollado por la conocida firma china CATL.

Los innovadores en almacenamiento de energía a gran escala también están comenzando a redescubrir el hierro, con la ayuda del Departamento de Energía. Un ejemplo es la startup estadounidense ESS. La empresa recibió financiación de la oficina ARPA-E del Departamento de Energía para proyectos de alto riesgo y alta recompensa en 2012, para ayudar a comercializar su nueva batería de flujo a base de hierro.

Las baterías de flujo despliegan la capacidad de dos fluidos especializados para generar electricidad cuando fluyen uno al lado del otro, separados por una delgada membrana. ESS tomó el balón y corrió con él.

“ESS mostró su batería de flujo de hierro en Intersolar North America en 2017 y alcanzó otro hito en 2019 cuando el Departamento de Defensa de EE. UU. un gran admirador de la tecnología limpia — instaló la batería de flujo Energy Warehouse™ de la compañía en Marine Corps Base Camp Pendleton en San Diego”, CleanTechnica observado en 2021.

La ESS ha estado bastante ocupada desde entonces. Entre otros acontecimientos recientes, el otoño pasado la empresa anunció una nueva colaboración estratégica con Honeywell.

"La relación se basa en el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía de cada empresa y reúne el diseño IFB [batería de flujo de hierro] patentado, líder en el mercado, de ESS con la experiencia en materiales avanzados y sistemas de energía de Honeywell", explicó ESS.

Coal State mata el carbón con almacenamiento de energía

Form Energy es otra empresa estadounidense que aprovecha el hierro para el almacenamiento de energía de larga duración. Su contribución al campo es una batería de aire de hierro, que aprovecha la capacidad del hierro para oxidarse y reformarse. "Las baterías de hierro-aire funcionan literalmente exponiendo el hierro a una corriente de aire". CleanTechnica señaló en 2021. “Con la ayuda de un electrolito y una membrana, el resultado es una corriente eléctrica y un montón de óxido. Cargando la batería Es simplemente cuestión de aplicar una corriente eléctrica, reformulando el óxido nuevamente en hierro”.

En realidad, eso no es tan simple, pero Form está listo para comercializar su nueva plataforma de almacenamiento de energía. La compañía está construyendo su primera fábrica en Virginia Occidental, eligiendo la ciudad industrial de Weirton en el río Ohio entre otros 500 sitios propuestos.

"La atracción consistió en parte en la disponibilidad de un terreno abandonado adecuado, la planta abandonada de Weirton Steel en el río Ohio". CleanTechnica observado. “El acceso a corredores de transporte fluviales, ferroviarios y carreteros fue otro factor”.

Virginia Occidental tiene una larga y profunda historia en la industria de la energía fósil y todavía se encuentra entre los principales estados productores de carbón y gas natural en los EE. UU., por lo que es un poco irónico ver a Virginia Occidental albergando una empresa de almacenamiento de energía destinada directamente a exprimir el carbón. del panorama de la generación de energía en Estados Unidos y, para empezar, del gas natural.

Sin embargo, algunos funcionarios públicos de Virginia Occidental han visto la señal en el muro de la transición energética. Otro factor que influye en la decisión de Form de establecerse en Virginia Occidental es un paquete de incentivos de 290 millones de dólares diseñado por el Departamento de Desarrollo Económico del estado.

Al parecer, el tesorero estatal republicano, Riley Moore, no recibió el mismo memorando. Aunque su estado natal pronto albergará una fábrica que enviará nueva tecnología de almacenamiento de energía de larga duración a todo el país, Moore se postula actualmente para el Congreso con una plataforma proteccionista de energía fósil. “Detuve la agenda corporativa despierta, puse fin al registro de armas clandestino, luché por la elección de escuela y defendí nuestros empleos contra el lobby radical de la energía verde”, afirma el sitio web de la campaña de Moore.

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Más y mejor almacenamiento de energía a base de hierro para EE. UU.

Demasiado para eso. Mientras tanto, los investigadores del Departamento de Energía del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico están desarrollando un nuevo batería de flujo a base de agua a base de hierro, con el objetivo de reducir los costos y simplificar la cadena de suministro mientras se mejora el rendimiento.

“Los investigadores informan en Nature Communications que su batería a base de hierro a escala de laboratorio exhibió una notable estabilidad cíclica durante mil ciclos de carga consecutivos, manteniendo al mismo tiempo el 98.7 por ciento de su capacidad máxima”, explica PNNL.

"A modo de comparación, estudios anteriores de baterías similares basadas en hierro informaron de una degradación de la capacidad de carga dos órdenes de magnitud mayor, en menos ciclos de carga", añaden.

Como lo describe PNNL, la nueva batería es única porque utiliza una sustancia química industrial comúnmente disponible en grandes cantidades, llamada trifosfonato nitrogenado, ácido nitrilotrimetilfosfónico o NTMPA. Entre otros usos, NTMA se utiliza para prevenir la corrosión en plantas de tratamiento de agua.

“Los fosfonatos, incluido el NTMPA, son una amplia familia química basada en el elemento fósforo. Muchos fosfonatos se disuelven bien en agua y son productos químicos no tóxicos que se utilizan en fertilizantes y detergentes, entre otros usos”, señala PNNL.

Con NTMPA en la mano, el equipo de investigación formuló un electrolito líquido que se adapta al hierro en condiciones ambientales, lo que ayuda a simplificar la tecnología y reducir costos. Hasta ahora, el equipo ha logrado una densidad energética de hasta 9 vatios-hora por litro (Wh/L). Eso está muy por debajo de la densidad de los disponibles comercialmente. baterías de flujo de vanadio. Sin embargo, PNNL anticipa que su batería de flujo de hierro puede ampliarse para ofrecer un rendimiento comparable, sin incurrir en costos excesivos.

Estén atentos para más información sobre eso. El nuevo Plataforma de lanzamiento de almacenamiento en red se lanzará a finales de este año con la misión de llevar nuevas tecnologías de almacenamiento de energía, como la nueva batería de flujo PNNL, a aplicaciones comerciales lo más rápido posible.

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Imagen: Los investigadores sobre almacenamiento de energía del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía están trabajando en una batería de flujo a base de hierro, cuyo objetivo es superar a las baterías de iones de litio en duración y costo.

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