Revolución ecológica: Baterías de zinc con doble eficiencia y capacidad de producir hidrógeno
La revolución de las energías renovables quiere construir un futuro respetuoso con el clima para el mundo. Pero el abandono de los combustibles fósiles seguirá siendo un reto mientras sigan faltando medios eficientes para almacenar la energía verde. Un consorcio de investigación se ha propuesto resolver exactamente este problema con baterías de zinc baratas de fabricar que no sólo almacenan energía eléctrica, sino que también pueden utilizarse para producir hidrógeno. Las primeras pruebas prometen una eficiencia del 50% en el almacenamiento de energía y del 80% en la producción de hidrógeno, con una vida útil estimada de diez años. Con su demostrador en funcionamiento, el proyecto Zn-H2 tiene el potencial de ser un avance decisivo para el éxito de la revolución energética.
Las pilas de zinc e hidrógeno pueden producirse por una fracción del coste de las pilas de litio comunes y alimentar la red energética con la cantidad justa de hidrógeno necesaria en cada momento.
© Zn2H2 GmbH
La revolución de las energías renovables plantea enormes retos a Alemania y a otros países del mundo. Uno de ellos es el medio adecuado para almacenar la energía verde. Las fuentes renovables como la eólica y la solar son cada vez más asequibles y tienen potencial para suministrar algún día energía suficiente durante largos periodos de tiempo. Pero su naturaleza impredecible significa que la energía eólica y solar siempre sufrirán dunkelflauten, un término alemán utilizado en todo el mundo para designar los momentos en que el sol no brilla y el viento no sopla. En la actualidad, estos dunkelflauten deben cubrirse con centrales eléctricas convencionales, lo que obliga a los países a mantener una compleja infraestructura energética dual, quemar combustibles fósiles y frenar la transición a las renovables.
Un consorcio de instituciones de investigación y los socios comerciales Zn2H2 GmbH y Steel PRO Maschinenbau GmbH se han unido en el proyecto Zn-H2 para investigar ideas innovadoras de almacenamiento de energía verde. Su visión es diseñar una batería de larga duración explícitamente para el almacenamiento de energía a largo plazo. Partiendo de diseños de pilas de eficacia probada que utilizan ánodos de zinc, los investigadores añaden la electrólisis alcalina del agua para dar con una tecnología completamente nueva. A diferencia de las pilas de litio comunes, las de zinc son sustancialmente más baratas y sólo necesitan materiales fácilmente disponibles y totalmente reciclables (acero, zinc e hidróxido de potasio). Y ese no es el único as que se guardan en la manga: El sistema sería capaz de producir hidrógeno a demanda. Al final de su trabajo, los investigadores esperan disponer de un sistema de almacenamiento de hidrógeno recargable eléctricamente que pueda almacenar energía en forma de zinc metálico y convertirla de nuevo en energía eléctrica e hidrógeno cuando sea necesario.
El Dr. Robert Hahn, del Instituto Fraunhofer IZM, coordina los trabajos del proyecto. Explica los procesos químicos que tienen lugar en el interior de la pila: "Durante la carga, el agua se oxida y se convierte en oxígeno, mientras que el óxido de zinc se reduce a zinc metálico. Durante la descarga, el óxido de zinc vuelve a convertirse en óxido de zinc. El agua se reduce de nuevo y libera hidrógeno. Se trata de una combinación única de batería normal y fuente de hidrógeno, con una eficiencia total de almacenamiento eléctrico del 50%, el doble que otros sistemas de conversión de energía en gas preferidos actualmente". Como el coste del material es un orden de magnitud inferior al de las pilas de litio, la nueva tecnología promete una alternativa comercialmente atractiva para almacenar energía verde.
Los investigadores han demostrado la viabilidad del nuevo sistema en condiciones de laboratorio y han comprobado la eficiencia y estabilidad de las celdas individuales a lo largo de varios ciclos. El objetivo a un año vista es disponer de una unidad de demostración para realizar pruebas de funcionamiento en una instalación específica. Al final, se conectarán ocho células, cada una con una capacidad de unos 12 V y 50 Ah. Para la producción rentable a gran escala del catalizador de doble función (que produce oxígeno e hidrógeno a su vez), los investigadores confían en la deposición galvánica. El proceso se someterá a pruebas para comprobar su fiabilidad y reproducibilidad antes de las pruebas reales de la batería.
El equipo Fraunhofer IZM de Berlín se encargó del diseño de la unidad de demostración, la construcción de los sistemas de ensayo y las pruebas de fiabilidad propiamente dichas. Dado que las baterías de zinc-hidrógeno siguen siendo una novedad mundial, también hubo que desarrollar desde cero el entorno de pruebas adecuado, utilizando controles muy precisos e inteligentes para ajustar y optimizar toda una serie de parámetros.
Un parámetro crucial es la carga, que debe ajustarse a la perfección para garantizar un funcionamiento estable durante varios miles de ciclos. Esta estabilidad de ciclo no se ha conseguido en ninguna de las baterías de zinc de última generación existentes, ya que la formación de dendritas de zinc o zinc musgoso suele provocar cortocircuitos en algún momento de la vida de las baterías.
Las primeras pruebas con pilas individuales han dado resultados muy prometedores: En un ciclo de uso realista con fluctuaciones estacionales de la luz diurna y en uso diario para almacenar energía solar, se espera que los catalizadores, baratos de construir, ofrezcan una vida útil de diez años o más. El sistema aún necesita una ampliación y un esfuerzo de ingeniería de sistemas antes de estar listo para su uso industrial, pero uno de los socios comerciales del proyecto, Zn2H2, ya tiene varias solicitudes de patente pendientes para la tecnología. Junto con todo el consorcio de investigación, están allanando así el camino hacia una solución innovadora para almacenar energía verde y producir hidrógeno como uno de los combustibles que impulsarán la era de las energías renovables.
El proyecto Zn-H2 cuenta con el apoyo del Ministerio de Educación e Investigación alemán (código de financiación 03SF0630A) y está previsto que finalice en septiembre de 2025. Los socios colaboradores son: Zn2H2 GmbH, Steel PRO Maschinenbau GmbH, Fraunhofer IFAM, la Universidad Técnica de Berlín, el Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck y Fraunhofer IZM.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
