Un avance de la "batería líquida
"Estamos desarrollando una nueva estrategia para convertir selectivamente y almacenar a largo plazo la energía eléctrica en combustibles líquidos"
En plena transición hacia los combustibles renovables, California necesita nuevas tecnologías capaces de almacenar energía para la red eléctrica. La energía solar cae por la noche y disminuye en invierno. La energía eólica fluye y refluye. En consecuencia, el Estado depende en gran medida del gas natural para suavizar los altibajos de la energía renovable.
"La red eléctrica utiliza la energía al mismo ritmo que se genera, y si no se usa en ese momento, y no se puede almacenar, hay que tirarla", explica Robert Waymouth, catedrático de Química Robert Eckles Swain de la Facultad de Humanidades y Ciencias.
Waymouth dirige un equipo de Stanford que explora una tecnología emergente para el almacenamiento de energías renovables: los portadores orgánicos líquidos de hidrógeno (LOHC). El hidrógeno ya se utiliza como combustible o medio para generar electricidad, pero contenerlo y transportarlo es complicado.
"Estamos desarrollando una nueva estrategia para convertir selectivamente y almacenar a largo plazo la energía eléctrica en combustibles líquidos", explica Waymouth, autor principal de un estudio que detalla este trabajo en la revista Journal of the American Chemical Society. "También descubrimos un novedoso sistema catalítico selectivo para almacenar energía eléctrica en un combustible líquido sin generar hidrógeno gaseoso".
Baterías líquidas
Las baterías utilizadas para almacenar electricidad para la red -además de las de los smartphones y los vehículos eléctricos- utilizan tecnologías de iones de litio. Debido a la magnitud del almacenamiento de energía, los investigadores siguen buscando sistemas que puedan complementar esas tecnologías.
Entre los candidatos están los LOHC, que pueden almacenar y liberar hidrógeno utilizando catalizadores y temperaturas elevadas. Algún día, los LOHC podrían funcionar ampliamente como "baterías líquidas", almacenando energía y devolviéndola eficazmente como combustible utilizable o electricidad cuando sea necesario.
El equipo de Waymouth estudia el isopropanol y la acetona como ingredientes de los sistemas de almacenamiento y liberación de energía de hidrógeno. El isopropanol -o alcohol de quemar- es una forma líquida de hidrógeno de alta densidad que podría almacenarse o transportarse a través de la infraestructura existente hasta el momento de utilizarlo como combustible en una pila de combustible o de liberar el hidrógeno para su uso sin emitir dióxido de carbono.
Sin embargo, los métodos para producir isopropanol con electricidad son ineficaces. Dos protones del agua y dos electrones pueden convertirse en hidrógeno gaseoso, y luego un catalizador puede producir isopropanol a partir de este hidrógeno. "Pero en este proceso no se quiere hidrógeno gaseoso", explica Waymouth. "Su densidad energética por unidad de volumen es baja. Necesitamos una forma de producir isopropanol directamente a partir de protones y electrones sin producir gas hidrógeno".
Daniel Marron, autor principal de este estudio que acaba de terminar su doctorado en química en Stanford, identificó la forma de resolver este problema. Desarrolló un sistema catalizador para combinar dos protones y dos electrones con acetona y generar el isopropanol LOHC de forma selectiva, sin generar gas hidrógeno. Para ello utilizó iridio como catalizador.
Una sorpresa clave fue que el cobaltoceno era el aditivo mágico. El cobaltoceno, un compuesto químico de cobalto, un metal no precioso, se utiliza desde hace tiempo como agente reductor sencillo y es relativamente barato. Los investigadores descubrieron que el cobaltoceno es inusualmente eficaz cuando se utiliza como co-catalizador en esta reacción, entregando directamente protones y electrones al catalizador de iridio en lugar de liberar gas hidrógeno, como se esperaba anteriormente.
Un futuro fundamental
El cobalto ya es un material habitual en las baterías y muy demandado, por lo que el equipo de Stanford espera que su nuevo conocimiento de las propiedades del cobaltoceno pueda ayudar a los científicos a desarrollar otros catalizadores para este proceso. Por ejemplo, los investigadores están explorando catalizadores metálicos no preciosos más abundantes, como el hierro, para que los futuros sistemas LOHC sean más asequibles y escalables.
"Se trata de ciencia básica fundamental, pero creemos que tenemos una nueva estrategia para almacenar de forma más selectiva la energía eléctrica en combustibles líquidos", afirma Waymouth.
A medida que este trabajo evolucione, la esperanza es que los sistemas LOHC puedan mejorar el almacenamiento de energía para la industria y los sectores energéticos o para parques solares o eólicos individuales.
Y a pesar de todo lo complicado y desafiante que es el trabajo entre bastidores, el proceso, tal y como lo resume Waymouth, es en realidad bastante elegante: "Cuando tienes un exceso de energía y no hay demanda en la red, la almacenas en forma de isopropanol. Cuando necesitas la energía, puedes devolverla como electricidad".
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.
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