Un equipo de investigación de la Universidad de Sevilla y el Instituto de Ciencia de Materiales del CSIC, ubicado en el Parque Científico Tecnológico Cartuja, ha confirmado la capacidad del albero como material acumulador de la energía térmica generada en plantas termosolares. La captación energética en los enlaces químicos de sus compuestos permite un almacenamiento sin pérdidas, más estable y prolongado que otros sistemas. Su amplia disponibilidad y bajo coste lo proponen como candidato idóneo para su explotación a gran escala.

La elección del albero como almacén de energía se debe a que es abundante, barato y no tóxico. Contiene altas cantidades de carbonato cálcico, pero también un mineral, llamado goethita, rico en hierro, que le otorga ese color rojizo característico, lo que amplía su capacidad de absorción del calor hasta en un 868% en comparación con el material utilizado en ensayos anteriores, la roca caliza. Además, el albero no requiere tratamiento previo a su uso y mejora la absorción de la radiación hasta un 46% más que la caliza que, al ser blanca, refleja la luz.

Esto hace que se proponga como candidato para su obtención a nivel industrial como alternativa a las ya conocidas fuentes de energía convencionales, como las de origen fósiles o las renovables. Este tipo de almacenamiento, llamado termoquímico, está basado en la acumulación de energía térmica en los enlaces químicos de los compuestos. Para su obtención se necesitan materiales con alto poder de absorción del calor. En el artículo ‘Albero: An alternative natural material for solar energy storage by the calcium-looping process’ publicado en la revista Chemical Engineering Journal los expertos validan la capacidad del albero, un material con alto poder calorífico, abundante y más barato que otros, por lo que su aplicación será más eficiente.

El albero mejora la absorción de la radiación hasta un 46% más que la caliza que, al ser blanca, refleja la luz.

La reacción química que se produce para la obtención de energía a partir del albero es la conversión del carbonato cálcico, principal componente de este material, en óxido de calcio y dióxido de carbono por la acción de la luz solar. De esta manera, la energía termoquímica queda almacenada en los enlaces de las nuevas moléculas y puede liberarse en cualquier momento con la reacción inversa.

La termoquímica está al alza, ya que no depende de combustibles fósiles ni de la climatología, como ocurre con las renovables. “La acumulación de calor en albero, permite disponer de energía bajo demanda en el momento en el que la generación por otros medios no sea suficiente”, indica a la Fundación Descubre la investigadora de la Universidad de Sevilla, Virginia Moreno, autora del artículo.

Equipo de investigación de la Universidad de Sevilla y el Instituto de Ciencia de Materiales del CSIC, autor del artículo.

Con este sistema, además de generar energía de bajo coste y bajas emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera, se producen residuos que pueden ser utilizados en la fabricación de nuevos materiales, como por ejemplo, cemento.

El calcio, protagonista del proceso

La energía que se almacena es térmica, proveniente de los rayos solares concentrados con espejos en plantas termosolares. Esa energía térmica produce cambios químicos y queda almacenada en los enlaces de los nuevos compuestos. Cuando se quiere disponer de ella se produce el proceso inverso. Se libera de nuevo el calor y puede usarse tal cual o convertirse en electricidad en una turbina.

El almacenamiento y liberación de energía se produce en un ciclo llamado calcium looping, por los procesos de carbonatación y calcinación.

El almacenamiento y liberación de energía se produce en un ciclo cerrado, conocido como calcium looping, mediante los procesos llamados de carbonatación y calcinación. Así, en un primer momento, el albero se somete a energía solar en un reactor, el calcinador, que descompone el carbonato cálcico en óxido de calcio y dióxido de carbono a 950 grados centígrados. Cuando se requiere la generación de energía, las moléculas obtenidas se transportan a otro reactor, el carbonatador, donde se unen de nuevo por enfriamiento, liberando la energía. Tras la carbonatación, el carbonato cálcico regresa de nuevo al receptor solar para comenzar un nuevo ciclo.

Así, se presenta como un método más eficiente que otros en los que se utiliza un gas inerte, como el nitrógeno, a una temperatura baja. Esto requiere el uso de un sistema de separación para el gas y el dióxido de carbono, menos amigable con el medioambiente. La opción que plantean es realizar la calcinación con dióxido de carbono a alta temperatura. De esta manera, se logra el proceso en tan solo unos minutos en un circuito cerrado para todo el ciclo completo de generación de energía y sin emisiones de gases nocivos.

Los expertos pretenden implantar sus ensayos de laboratorio en una planta solar termoeléctrica donde ya confirmaron la idoneidad de la caliza en estudios previos y así confirmar estos resultados para su aplicación a nivel industrial.

Los expertos han confirmado el rendimiento en distintos tipos de albero y caliza.

Además, proponen nuevas vías a partir de otros materiales basados en calcio procedentes de distintos sectores industriales que podrían usarse para almacenar energía, como algunas escorias de acería, cáscaras de mejillón, huevo o caracoles.

La investigación se ha financiado mediante los proyectos ’Nuevos materiales para el almacenamiento de Energía Solar Concentrada mediante Calcium-Looping (SOLACAL)’ de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación, los proyectos ‘Integración del Proceso Ca-Looping en Centrales de Energía Solar Concentrada para el Almacenamiento Termo-Químico de Energía’ y ‘Demostración en entorno relevante del uso de reacciones de calcinación-solar/carbonatación para almacenamiento de energía térmica’ del Ministerio de Ciencia e Innovación, y el proyecto europeo H2020 “SocratCES , liderado por la Universidad de Sevilla y que ha dado lugar a la primera planta que demuestra la viabilidad de esta tecnología a gran escala.

Referencias

Virginia Moreno, Juan Arcenegui Troya, Pedro Enrique Sánchez Jiménez, Antonio Perejón, Ricardo Chacartegui, José Manuel Valverde y Luis Allan Pérez Maqueda. ‘An alternative natural material for solar energy storage by the calcium-looping process’. Chemical Engineering Journal. 2022.

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