Las baterías de litio-aire podrán almacenar energía destinada a industrias, coches y viviendas

La expansión de las fuentes renovables elevará la demanda de dispositivos con gran capacidad de acopio de energía. Durante la FAPESP Week se conocieron desarrollos de nuevos acumuladores

Por André Julião, desde Londres  |  Agência FAPESP – Es probable que la actual tecnología de las baterías de iones de litio no pueda afrontar la gran demanda de energía de las próximas décadas. Se estima que, en el año 2050, la electricidad representará el 50% de la matriz energética mundial. En la actualidad dicho índice es del 18%. En tanto, la capacidad instalada para la producción de energías renovables crecerá cuatro veces más. Esto llevará a la necesidad de contar con baterías más eficientes, más baratas y más amigables con el medio ambiente.

Una de las alternativas que se estudian en distintas partes del mundo en la actualidad la constituyen las baterías de litio-aire. Algunos de los esfuerzos brasileños con la mira puesta en estos dispositivos se dieron a conocer durante el segundo día de la FAPESP Week London, que tuvo lugar entre los días 11 y 12 de febrero de 2019.

“Se habla mucho hoy en día de los coches eléctricos. Algunos países europeos planean incluso terminar con los motores de combustión. Asimismo, las fuentes renovables, tal como es el caso de la energía solar, requieren del uso de baterías para almacenar lo que se genera durante el día por la vía de la irradiación solar”, dijo Rubens Maciel Filho, docente de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Campinas (Unicamp).

En las baterías de litio-aire, que actualmente funcionan tan sólo a escala de laboratorio, se emplea como uno de sus reactivos el oxígeno del aire. Y almacenan más energía mediante una reacción electroquímica que produce óxido de litio. 

“Es una forma sostenible de almacenar energía eléctrica. Con estos avances, pueden suportar muchos ciclos de carga y descarga. Por lo tanto, son durables. Y a su vez cuentan con un gran potencial para su uso en el transporte, tanto en vehículos livianos como en vehículos pesados. Y pueden operar también en las redes de distribución de energía eléctrica”, dijo el investigador.

Sin embargo, la transformación de los experimentos en un producto factible comercialmente requiere que se comprendan los fundamentos de las reacciones electroquímicas que ocurren durante el proceso. 

“Asimismo, se requiere el desarrollo de nuevos materiales que permitan potenciar las reacciones deseables y minimizar o evitar las indeseables”, dijo Maciel, quien es director del Centro de Innovación en Nuevas Energías (CINE). Con unidades en la Unicamp, en el Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen, por sus siglas en portugués) y en el Instituto de Química de São Carlos de la Universidad de São Paulo (USP), este centro cuenta con el apoyo de la FAPESP y de la compañía petrolera Shell, en el marco del Programa de Centros de Investigación en Ingeniería (CPE).

Maciel explicó que algunos de estos fenómenos deben observarse in operando, es decir, en tiempo real. “La idea es hacer un seguimiento, mediante experimentos dinámicos, de las reacciones que ocurren y de las distintas especies químicas que se forman, aun cuando sea temporalmente. De lo contrario, se pierden algunas de las etapas de lo que sucede durante el proceso y las baterías se vuelven ineficientes en términos de tiempo de carga y duración de dicha carga”, dijo.

Para efectuar estas mediciones, los científicos emplean el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS), del Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM), con sede en la ciudad paulista de Campinas.

Otro proyecto que se dio a conocer en el evento fue el de las nuevas baterías de azufre-aire. Pese a que no resultan tan eficientes, son baratas y almacenan energía para su uso durante muchas horas. “Pueden almacenar energía para su aplicación durante un máximo de 24 horas a un costo sumamente bajo. El azufre y la soda cáustica constituyen sus principales ingredientes, y son extremadamente baratos. Por eso estamos invirtiendo en ellas”, dijo Nigel Brandon, docente del Imperial College.

Debido a estas características, las baterías de azufre-aire podrían utilizarse en viviendas o en empresas. Con todo, Brandon cree que el mayor potencial residiría en las estaciones de recarga de coches eléctricos, que se volverán cada vez más comunes en razón de la meta europea de disminución de las emisiones de carbono en un 80% hasta 2050.

“Es importante hacer hincapié en que los distintos proyectos de baterías no compiten, sino que son complementarios”, dijo Geoff Rodgers, de la Brunel University London, mediador de la sesión. 

El Sol, el hidrógeno y los biocombustibles

Las baterías más eficientes tienen especial importancia ante un panorama en el cual que el uso de la energía aumentará. Con el pico de radiación solar durante el día, será necesario almacenar esa energía en forma eficiente para su utilización durante la noche. 

Maciel se refirió también al proyecto de células fotovoltaicas más eficaces desarrollado en el CINE. Dichas células podrán usarse en un futuro, tanto en la conversión de la energía solar en eléctrica como para la obtención de productos químicos, o incluso de hidrógeno por hidrólisis del agua. 

El hidrógeno líquido es un combustible bastante eficiente, pero su producción tiene un alto costo energético. En el Reino Unido es una de las opciones que aparecen en el horizonte, dado que los biocombustibles no son tan viables como en Brasil. 

“Estamos abocados a la búsqueda de nuevas enzimas bacterianas para la oxidación de la lignina, un polímero aromático que compone más del 25% de la pared celular de las plantas, que forma parte del bagazo de la producción de biocombustibles. El objetivo de esto es crear nuevos productos, tales como biocombustibles, nuevos plásticos y productos químicos destinados a la industria”, dijo Timothy Bugg, de la University de Warwick. 

CINE

El CINE, cuyas actividades se pusieron en marcha el año pasado, cuenta también con un programa de investigación científica orientado hacia la conversión de metano en productos químicos que comprende el desarrollo de catalizadores y materiales. Este programa se encuentra bajo la coordinación de Fabio Coral Fonseca, del Ipen. 

Ana Flavia Nogueira, del Instituto de Química de la Unicamp, coordina la iniciativa referente al hidrógeno líquido. El centro cuenta a su vez con un programa de Ciencia Computacional de Materiales y Química, el cual, mediante modelos matemáticos moleculares, hace posible evaluar los impactos de los nuevos materiales y sus interacciones con ciertas moléculas de interés. Estas investigaciones cuentan con la coordinación de Juarez Lopes Ferreira da Silva, docente del Instituto de Química de la USP, con sede en la localidad paulista de São Carlos.

Lea más sobre la FAPESP Week London: www.fapesp.br/week2019/london/.