Una empresa de tecnología limpia se lanza a crear una infraestructura de baterías a escala de red para un mayor uso de la energía eólica y solar

Alrededor del 12% de la generación de electricidad a escala de servicios públicos en Estados Unidos procede de fuentes eólicas y solares, que fluctúan con las condiciones meteorológicas diarias. Para que la eólica y la solar desempeñen un papel más importante en la descarbonización de la red eléctrica y satisfagan al mismo tiempo la demanda de los consumidores, los operadores de la red reconocen la necesidad de desplegar sistemas de almacenamiento de energía, pero éstos aún no han demostrado ser rentables a escala.

Una innovadora batería de flujo redox que está entrando en fase de desarrollo comercial puede ayudar a inclinar la balanza. Esta batería de flujo, que se distingue por el uso de un electrolito orgánico acuoso, ha sido desarrollada por científicos de materiales y químicos de Harvard dirigidos por Michael Aziz y Roy Gordon en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) de Harvard y en el Departamento de Química y Biología Química. La Oficina de Desarrollo Tecnológico (OTD) de Harvard ha concedido a Quino Energy una licencia mundial exclusiva para comercializar sistemas de almacenamiento de energía que utilicen la química identificada por los laboratorios, incluidos los compuestos de quinona o hidroquinona como materiales activos en el electrolito. Los fundadores de Quino creen que el sistema puede ofrecer ventajas revolucionarias en cuanto a coste, seguridad, estabilidad y potencia.

"El coste de la electricidad eólica y solar ha bajado tanto que el mayor obstáculo para obtener la gran mayoría de nuestra electricidad de estas fuentes renovables es su intermitencia. Un medio de almacenamiento seguro, escalable y rentable podría resolver este problema", dijo Aziz, que es el profesor Gene y Tracy Sykes de Tecnologías de Materiales y Energía en Harvard SEAS y profesor asociado del Centro de Medio Ambiente de la Universidad de Harvard. Es cofundador de Quino Energy y forma parte de su consejo científico. "Para el almacenamiento estacionario a escala de red, se quiere poder hacer funcionar la ciudad durante la noche y cuando el viento no sopla, sin quemar combustibles fósiles. En un patrón meteorológico típico pueden pasar dos o tres días sin viento, y seguramente pasarán ocho horas sin sol, por lo que tener una duración de descarga a potencia nominal de 5 a 20 horas puede ser algo muy útil. Ese es el punto dulce de las baterías de flujo, donde creemos que pueden ser especialmente competitivas frente a las baterías de iones de litio de menor duración."

"El almacenamiento en red y en microrredes de mayor duración es una oportunidad enorme y creciente, especialmente aquí en California, donde estamos demostrando nuestros prototipos", dijo Eugene Beh, PhD, cofundador y CEO de Quino Energy. Nacido en Singapur, Beh obtuvo su licenciatura y su máster en Harvard en 2009 y su doctorado en la Universidad de Stanford, volviendo a Harvard como investigador postdoctoral de 2015 a 2017.

En comparación con otras baterías de flujo que se basan en metales caros y extraídos con una escalabilidad limitada, como el vanadio, la implementación orgánica y soluble en agua del equipo de Harvard puede presentar un enfoque más asequible y práctico. Dieciséis inventores, además de Gordon y Aziz, aplicaron su experiencia en la ciencia de los materiales y la síntesis química para identificar, crear y probar familias de moléculas con densidad energética, solubilidad, estabilidad y coste de síntesis favorables. Recientemente, publicando en Nature Chemistry en junio de 2022, demostraron un sistema completo de batería de flujo que supera la propensión de estas moléculas de antraquinona a descomponerse con el tiempo. Sometiendo el sistema a un pulso de voltaje ocasional, lograron recomponer electroquímicamente las moléculas portadoras de energía, ampliando drásticamente la vida útil del sistema y, por tanto, reduciendo su coste global.

"Hemos diseñado y rediseñado versiones de estas sustancias químicas pensando en la estabilidad a largo plazo, es decir, intentamos batirlas de diversas maneras", dijo Gordon, que es el profesor emérito de Química y Biología Química Thomas D. Cabot y asesor científico de Quino. "Nuestros estudiantes han sido muy diligentes a la hora de identificar moléculas que puedan soportar las condiciones que encontrarán en una batería en varios estados. Basándonos en nuestros descubrimientos, somos optimistas en cuanto a que las baterías de flujo llenas de elementos baratos y abundantes tienen el potencial de suplir la futura necesidad de mejorar el almacenamiento de electricidad."

Además de ser seleccionada para participar en las cohortes de 2022 del Harvard Climate Entrepreneur's Circle, el programa Berkeley Haas Cleantech to Market y el Rice Alliance Clean Energy Accelerator, donde fue nombrada una de las startups de tecnología energética más prometedoras, Quino fue seleccionada por el U.El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) ha seleccionado a Quino para recibir 4,58 millones de dólares de financiación no dilutiva de la Oficina de Fabricación Avanzada del DOE, que apoyará el desarrollo por parte de la empresa de un proceso escalable, continuo y rentable para la síntesis de reactivos acuosos y orgánicos para baterías de flujo.

Beh añadió: "Agradecemos al DOE su generoso apoyo. El proceso en cuestión podría permitir a Quino crear reactantes para baterías de flujo de alto rendimiento a partir de las materias primas mediante una reacción electroquímica que puede realizarse dentro de la propia batería de flujo. Si tenemos éxito, no habrá necesidad de una fábrica química -esencialmente, la batería de flujo es la propia fábrica-, lo que creemos que permitirá los bajos costes de producción necesarios para el éxito comercial."

A través de inversiones en nuevas tecnologías, el DOE se propone reducir en un 90% el coste del almacenamiento de energía de larga duración a escala de la red, en comparación con una base de iones de litio, durante esta década. Parte del premio del DOE a Quino, a través de una relación de subcontratación, apoyará nuevos estudios para innovar en la química de las baterías de flujo en Harvard.

"La solución de almacenamiento de energía de larga duración de Quino Energy ofrece una herramienta importante tanto para los responsables políticos como para los operadores de la red, ya que buscamos cumplir con el doble objetivo de aumentar la penetración de las energías renovables y mantener la fiabilidad de la red", dijo Brett Perlman, ex Comisionado de Servicios Públicos de Texas y actual Director General del Centro para el Futuro de Houston.

Perlman es también asesor de Quino Energy.

La subvención de 4,58 millones de dólares del DOE se ve incrementada por la ronda de financiación inicial de Quino, recientemente concluida: la empresa ha recaudado 3,3 millones de dólares de un grupo de inversores liderado por ANRI, una de las empresas de capital riesgo en fase inicial más activas con sede en Tokio. TechEnergy Ventures, el brazo de capital riesgo corporativo de la división de transición energética del Grupo Techint, también participó en la ronda.

Además de Beh, Aziz y Gordon, el ingeniero químico Meisam Bahari, PhD, es cofundador de Quino Energy. Antiguo investigador postdoctoral en Harvard, es ahora el Director de Tecnología de la empresa.

"Los mercados energéticos necesitan desesperadamente un almacenamiento de larga duración de bajo coste para mitigar la volatilidad de los fenómenos meteorológicos extremos en nuestra red y para ayudar a integrar la alta penetración de las energías renovables", afirma Joseph Santo, Director de Inversiones de Arevon Energy y asesor de Quino Energy.

Continúa: "Las baterías de iones de litio se enfrentan a importantes vientos en contra debido a las dificultades de la cadena de suministro, a un aumento de 5 veces en los costes de las materias primas de carbonato de litio durante el último año y a la competencia de las demandas de los fabricantes de vehículos eléctricos. Resulta convincente que la solución de Quino pueda producirse en Estados Unidos a partir de materias primas fácilmente disponibles y que pueda lograr una mayor duración."

La investigación de Harvard que permitió las innovaciones licenciadas a Quino Energy contó con el apoyo de becas de investigación académica del DOE, la National Science Foundation y el National Renewable Energy Laboratory. El laboratorio de Aziz también ha recibido financiación para la investigación experimental en esta área del Centro de Energía Limpia de Massachusetts. Como en todos los acuerdos de licencia de Harvard, la universidad se reserva los derechos de las instituciones de investigación sin ánimo de lucro para seguir fabricando y utilizando la tecnología licenciada con fines de investigación, educativos y académicos.