Las baterías Carnot como almacenamiento energético del futuro

La Fundación Alemana de Investigación (DFG) financia un nuevo proyecto de investigación en la Universidad de Bayreuth

14.07.2023 - Alemania

Una transformación del suministro energético que sustituya los combustibles fósiles por fuentes de energía renovables requiere nuevas y potentes tecnologías para almacenar la electricidad generada por el sol y el viento. Una tecnología prometedora son las baterías de Carnot, que almacenan temporalmente la electricidad en forma de calor. Un nuevo proyecto de la Cátedra de Termodinámica Técnica y Procesos de Transporte (LTTT) del Centro de Tecnología Energética (ZET) de la Universidad de Bayreuth investiga los fluidos de trabajo óptimos para estos sistemas energéticos. En el marco del Programa Prioritario 2403 de la DFG "Pilas de Carnot: Diseño inverso de mercados a moléculas", se financiará inicialmente durante tres años con un total de unos 298.000 euros.

Las pilas de Carnot deben su nombre al fundador de la termodinámica, el físico e ingeniero francés Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), que calculó la conversión óptima del calor en trabajo. En el futuro, pueden desempeñar un papel importante en la adecuación técnica entre la disponibilidad de energías renovables y la demanda del mercado energético. En principio, una batería Carnot consta de tres componentes conectados en serie: una bomba de calor de alta temperatura, una unidad de almacenamiento de calor y un motor térmico. La bomba de calor convierte en calor la electricidad generada por el sol y el viento, pero que no se necesita inmediatamente, y utiliza este calor para cargar la unidad de almacenamiento. El motor térmico es capaz de descargar la unidad de almacenamiento en función de la demanda del mercado energético, convirtiendo así el calor de nuevo en electricidad. Por ello, las baterías Carnot también se denominan sistemas de electricidad-calor-electricidad.

"Las primeras plantas de demostración demuestran que con las baterías de Carnot se puede conseguir una alta eficiencia de ida y vuelta: Se puede recuperar hasta el 70% del exceso de electricidad inyectada a la red a partir de fuentes de energía renovables. Los costes de almacenamiento por kilovatio hora se sitúan en el rango de las centrales eléctricas de bombeo o las baterías electroquímicas", explica el Dr.-Ing. Florian Heberle, investigador asociado del grupo de investigación LTTT y director gerente del ZET de la Universidad de Bayreuth. Al mismo tiempo, señala que es necesario seguir investigando y desarrollando para aprovechar plenamente el potencial de esta forma de almacenamiento de energía: "En los próximos años, el nuevo programa prioritario de la DFG contribuirá de forma significativa a seguir desarrollando y optimizando tecnológicamente la interacción de los tres componentes y la integración de las baterías Carnot en el sistema global de suministro de energía eléctrica."

El proyecto, con sede en la Universidad de Bayreuth, se centra en el reto de encontrar fluidos de trabajo óptimos para las pilas de Carnot. Para ello son decisivos tres criterios: Eficacia, seguridad de funcionamiento y un bajo potencial de calentamiento global (PCG). Esto significa que durante el funcionamiento deben liberarse el menor número posible de gases de efecto invernadero. Las investigaciones se centrarán en mezclas especiales de hidrocarburos naturales y refrigerantes parcialmente halogenados insaturados. El objetivo es identificar con precisión las propiedades termoquímicas, pero también probar los fluidos en la práctica con respecto a las muy diferentes funciones que tienen que cumplir en el sistema de una pila Carnot. Para ello, la cátedra LTTT dispone de los últimos bancos de pruebas y tecnologías de medición.

"El trabajo de investigación en Bayreuth está estrechamente interconectado con los demás proyectos del programa prioritario de la DFG, que se centran en otros aspectos tecnológicos de las baterías Carnot. El intercambio mutuo entre los centros de investigación participantes en Alemania y la vinculación de los nuevos descubrimientos son especialmente importantes aquí para que podamos avanzar en la transformación sostenible del suministro energético. Sólo con nuevas tecnologías de almacenamiento de alto rendimiento será posible lograr la descarbonización de los sistemas energéticos, esencial para la protección del clima", afirma el Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann, titular de la cátedra LTTT y director del ZET, que dirige el proyecto junto con el Dr.-Ing. Florian Heberle.

Acerca del nuevo programa prioritario de la Fundación Alemana de Investigación (DFG)

En el programa prioritario 2403 de la DFG "Pilas de Carnot: Diseño inverso de mercados a moléculas", se desarrollarán conceptos innovadores para las baterías Carnot del futuro basados en los requisitos del mercado energético. La duración del primer periodo de financiación, que comenzó el 1 de julio de 2023, es de tres años. Para este periodo, la DFG ha seleccionado un total de 17 proyectos individuales en 14 centros universitarios alemanes para su financiación. La financiación total asciende aproximadamente a 6,5 millones de euros. El coordinador del programa prioritario es el Prof. Dr. Burak Atakan, de la Universidad de Duisburg-Essen.

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