Las baterías térmicas son una innovadora solución para almacenar energía en forma de calor. Sin embargo, su construcción requiere un sistema cuidadosamente diseñado, capaz de soportar ciclos de temperaturas extremadamente altas sin sufrir problemas como corrosión, expansión térmica y fatiga estructural.
La mayoría de los sistemas de baterías térmicas utilizan gas a alta temperatura o sal fundida que circula a través de tuberías metálicas. Sin embargo, Fourth Power, fundada por el profesor del MIT Asegun Henry, ha invertido este enfoque, utilizando metal fundido para transportar el calor, almacenándolo en ladrillos de carbono. Este método le valió a Henry un récord mundial Guinness en 2017 por la bomba de líquido más caliente, lo cual es crucial ya que al duplicar la temperatura absoluta de un material, la luz emitida aumenta 16 veces.
Innovaciones en almacenamiento de energía
La empresa aprovecha esta luz mediante celdas termofotovoltaicas, que convierten la luz en electricidad, similar a como lo hacen las celdas solares. Henry y su equipo lograron otro récord al demostrar una celda que convierte luz en electricidad con una eficiencia superior al 40 por ciento.
Fourth Power busca aplicar estas innovaciones para proveer energía a redes eléctricas, productores de energía y empresas tecnológicas que desarrollan infraestructuras que consumen mucha energía, como los centros de datos. Según Henry, sus baterías pueden proporcionar entre 10 y más de 100 horas de electricidad a un costo de almacenamiento significativamente más bajo que el de las baterías de iones de litio. Actualmente, la empresa está sometiendo cada sección de su sistema a temperaturas operativas relevantes, casi la mitad de la temperatura del sol, y planea tener una unidad de demostración completamente integrada funcionando a finales de este año.
Una carrera enfocada en la termodinámica
Henry obtuvo su maestría y su doctorado en el MIT antes de trabajar en Georgia Tech y MIT. Su investigación se ha centrado en la transferencia de calor, el almacenamiento y las energías renovables, buscando mejorar la sostenibilidad y la descarbonización. Actualmente es el profesor George N. Hatsopoulos en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
Los sistemas de transferencia de calor suelen estar hechos de metales como hierro y níquel. Sin embargo, Henry observó que las cerámicas pueden alcanzar temperaturas mucho más altas que los metales, aunque no se utilizan con frecuencia debido a la dificultad de soldarlas. “El problema es que las cerámicas no son dúctiles y tienden a romperse de manera catastrófica”, explica Henry.
Desarrollo de un sistema innovador
Tras recibir financiación del Departamento de Energía, Henry dedicó años a desarrollar una bomba hecha de cerámica y grafito. En 2017, su bomba estableció un récord de temperatura operativa más alta, alcanzando los 1,200 grados Celsius, utilizando estaño fundido como combustible. La elección del estaño se debe a que no reacciona con el carbono, evitando la corrosión.
“La idea era mover metales líquidos en lugar de construir el sistema con metal”, afirma Henry. El desafío se convirtió en diseñar el sistema basándose en los materiales seleccionados.
Un enfoque empresarial y futuro prometedor
Este año, Fourth Power prevé activar un sistema de 1 megavatio-hora en su nueva sede en Bedford, Massachusetts. Un sistema a gran escala podría ofrecer 25 megavatios de potencia y 250 megavatios-hora de almacenamiento, ocupando aproximadamente la mitad de un campo de fútbol.
“La mayoría de las tecnologías de almacenamiento operan a 10 megavatios por acre o menos, mientras que Fourth Power puede alcanzar hasta 100 megavatios por acre”, explica Henry. El sistema modular permite a los clientes comenzar con una unidad más pequeña y agregar módulos de almacenamiento según sea necesario.
Perspectivas para el futuro
En el futuro, el sistema también podría funcionar como una planta de energía, convirtiendo combustible en electricidad o utilizando combustible para cargar sus baterías durante períodos de baja generación solar o eólica. Por ahora, Fourth Power se concentra en la aplicación de baterías.
“Las utilidades necesitan soluciones económicas y confiables. La única tecnología que ha cumplido al menos uno de estos requisitos es la de iones de litio”, concluye Henry. “El mundo espera algo mucho más económico y igual de confiable, si no mejor. Eso es lo que nos enfocamos en demostrar”.
