Las energías renovables no dejan de ampliar su capacidad de incorporar nuevas tecnologías que las hacen más eficientes y económicas. Los aerogeneradores, tanto los destinados a autoconsumo como los más potentes del mundo, están añadiendo todo tipo de avances y mejoras. Incluso en España los hay que funcionan sin palas ni engranajes. Mientras, los expertos en energía fotovoltaica se centran en mejorar la eficiencia de los paneles, como los investigadores españoles que han conseguido hacerlos más potentes sin tener que cambiar la instalación. También hay quien apuesta por combinar ambas para ofrecer instalaciones mixtas.

Aún así, el gran reto que plantean las renovables, ahora que producen más del 40% de la energía que se consume en España, es el almacenamiento. Y es que, aunque hay momentos del día en los que el excedente de energía de las renovables lleva a la energía a precios mínimos, la imposibilidad de almacenar ese sobrante hace que eso no termine de reflejarse en las facturas de la luz y el gas.

Una de las mejores alternativas para almacenar estos excedentes y ofrecer electricidad y calor a precios muy reducidos es el Proyecto Amadeus. Se trata de una batería basada en energía termofotovoltaica desarrollada por un equipo del Instituto de la Energía Solar y la Universidad Politécnica de Madrid.

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El equipo español responsable del Proyecto Amadeus IES / UPM Omicrono

Hace solo unos días, este proyecto se hacía con el premio al Mejor Invento Europeo del 2022 en la categoría Kickstarter concedido por la Comisión Europea. En EL ESPAÑOL-Omicrono hemos hablado con Alejandro Datas, el principal responsable del proyecto, para conocer más de cerca el potencial de esta tecnología capaz de revolucionar el mercado energético en los próximos años.

Meter "el sol en una caja"

Todo parte de la propia vocación de Datas, que se especializó en energía solar "porque creía que era uno de los retos fundamentales para reducir las emisiones y combatir el cambio climático, probablemente el reto más importante al que se ha enfrentado la humanidad. Quería contribuir de alguna manera a la hora de resolver ese problema", explica. 

Alejandro Datas junto al prototipo de batería termofotovoltaica IES / UPM Omicrono

De ahí surge el Proyecto Amadeus, llamado así por la película favorita de este inquieto investigador, que lleva más de diez años intentando sacar adelante una iniciativa con la que busca "almacenar en una batería cualquier tipo de energía excedente en forma de calor, para luego convertirla de nuevo en electricidad a demanda".

Para ello se utiliza la energía termofotovoltaica (TFV). Es muy parecida a la de las células solares, pero, en vez de convertir la radiación del sol en electricidad, lo que hace es aprovechar la energía térmica y su incandescencia para conseguir energía. Por eso Datas, que junto a su equipo ya desarrolló un prototipo de esta batería en 2019, habla de "meter el sol en una caja".

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La clave de todo es que el calor es la forma más barata que existe de almacenar energía. Y ahora que hay tanta energía solar y eólica en el sistema, se hace necesario almacenarla durante más tiempo. En ese sentido, las grandes baterías de litio, que sólo pueden almacenar 4 horas de energía.

"Cuando hay poca generación de renovables, no hay problema con las de litio", dice Datas. "Pero cuando empiezas a necesitar almacenar energía durante más tiempo, porque ha habido cielos despejados durante una semana y la siguiente no hace apenas sol, por ejemplo, las baterías de litio son tan caras que no se pueden utilizar. Además, las tienes que usar muchas veces al año para poder amortizarlas".

DIagrama de la energía termofotovoltaica IES / UPM Omicrono

Para almacenar energía durante largos periodos de tiempo, la clave estriba en reducir el coste al máximo. "Por eso almacenar la energía en forma de calor cobra todo el sentido. Y con estas tecnologías podemos pasar de los 400 de euros por cada kW/h que almacenas en las baterías de litio, a 10 euros o incluso menos", sostiene Datas, que ahora dirige un equipo de unas 15 personas.

La propuesta del Proyecto Amadeus pasa por "almacenar en calor a muy alta temperatura, la más alta que se ha intentado hasta ahora. Estamos hablando de temperaturas entre los 1.000 y 1.500 grados centígrados". Ese calor sirve para fundir silicio y "ese proceso de cambio de fase del silicio es capaz de almacenar muchísima energía". Precisamente, lo que diferencia el Proyecto Amadeus de otras iniciativas similares es la altísima temperatura, que permitiría una densidad de energía muy alta y eso reduciría aún más su coste.

El prototipo del Proyecto Amadeus alcanzando más de 1000 grados IES / UPM Omicrono

Datas lo explica con más detalle: "cuando el silicio se funde completamente consideramos nuestra batería cargada y la incandescencia es máxima. En el momento en que necesitamos convertir el calor almacenado en electricidad, introducimos unas placas termofotovoltaicas en el horno". Estas células, parecidas a las de las placas solares pero diseñadas para convertir en electricidad la radiación térmica en vez de la luz solar, ofrecen hasta un 40% de eficiencia en la conversión de energía.

Así, el calor se transmite a las placas y el silicio se va solidificado poco a poco. "Cuando se vuelve sólido, la incandescencia empieza a disminuir y es entonces cuando consideramos la batería descargada". Pero es un proceso lento, que puede durar varias semanas, en lugar de las 4 horas que ofrecen las baterías de litio que, además, dependen de materiales escasos y contaminantes. 

Retos pendientes

El Proyecto Amadeus, desarrollado gracias a dos consorcios europeos que han aportado a la investigación unos 6 millones de euros, ha recibido un nuevo 'empujón' gracias al galardón otorgado esta semana por la Comisión Europea. "La propuesta de valor es el suministro de un sistema muy barato capaz de almacenar grandes cantidades de energía durante largos periodos, que tiene alta densidad energética, alta eficiencia global y utiliza materiales abundantes y de bajo coste", afirmó el jurado. 

La idea inicial era utilizar este tipo de baterías no sólo a nivel industrial, sino también para los hogares, como un electrodoméstico más, capaz de almacenar y ofrecer energía barata. Sin embargo, finalmente, los investigadores han tenido que desechar la idea por su alto coste. Donde tienen realmente potencial las baterías termofotovoltaicas es a una escala mucho mayor, como la que persiguen las grandes plantas que está construyendo Tesla, la compañía de Elon Musk.

La planta de baterías de litio de Tesla, la mayor del mundo Tesla Omicrono

"No descartamos utilizarlo para aplicaciones domésticas" puntualiza Datas, "pero tendría que ser a nivel de distrito en una ciudad, es decir, como sistemas centralizados de almacenamiento y distribución de energía para barrios enteros". Aún así, insiste en que "lo importante es que estas baterías no sólo proporcionan electricidad, sino que también pueden dar calor. Así, podríamos almacenar el exceso de producción de las renovables y utilizarlo para suministrar electricidad barata y dejar de consumir gas para la calefacción". 

En paralelo a la investigación, Datas y su equipo han lanzado la startup Thermophoton, para poder comercializar en un futuro esta tecnología. "Lo que queremos es dotar esta startup de una financiación relevante para hacer una planta piloto de fabricación de estas baterías. Y ahora mismo, la coyuntura internacional de los precios de la energía y la urgencia climática han formado una tormenta perfecta para que una solución como la nuestra sea verdaderamente útil".

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Además de la financiación, los principales desafíos son tecnológicos. En su primera prueba de concepto, el Proyecto Amadeus consiguió muy altas temperaturas y convertir esa incandescencia en electricidad. "El reto fundamental ahora es escalar, pasar de 1 kW/h que conseguimos en su día a 100 kW/h. Todavía debemos resolver cómo contener el silicio, cómo aislar el sistema, cómo refrigerar las células fotovoltaicas… Nos queda mucho por delante", resume Datas.

Aún así, tanto él como su equipo confían en dar con la solución en los próximos años y promover el uso de la energía termofotovoltaica para "producir un sistema barato, compacto, escalable, modular, limpio, seguro y silencioso".

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