Cómo convertir las minas de carbón en baterías verdes gigantes

En una futura red eléctrica con bajas emisiones de carbono dominada por energía solar y eólica intermitente, necesitaremos tecnologías para almacenar energía cuando sea abundante y devolverla a la red cuando no lo sea. Las baterías de iones de litio y las centrales hidroeléctricas bombeadas son las más afectadas por este trabajo de almacenamiento de energía ahora, y se espera que dominen en el futuro, junto con las celdas de combustible de hidrógeno. Un equipo internacional de científicos propuso recientemente otra solución innovadora e ingeniosa que implica la reutilización de minas antiguas: almacenamiento subterráneo de energía por gravedad (UGES). Esbozaron la idea en la revista Energies.

UGES consiste en bajar grandes cantidades de arena almacenada en contenedores conectados a un cable central por un pozo subterráneo profundo. A medida que la arena desciende gradualmente, el cable adjunto hace girar rotores que alimentan varios generadores, produciendo así electricidad. El proceso se puede invertir para almacenar energía cuando hay un exceso de electricidad renovable en la red. La arena se eleva hasta la parte superior del aparato y se apila en montículos sobre el suelo.

Lo que distingue a UGES de otras soluciones de almacenamiento de energía gravitacional que ofrecen varias empresas emergentes es la ubicación. Los investigadores proponen instalar UGES en pozos de minas abandonados, que son numerosos.

"Se estima que al menos 50 000 de ellos existen en Australia; se han encontrado más de 550 000 en EE. UU., incluidos más de 100 000 que representan un riesgo ambiental significativo; y se sabe que existen más de 10 000 en Canadá", escribieron los autores.

Estiman que el potencial de almacenamiento de energía global de UGES es de entre 7 y 70 teravatios-hora (1 teravatio = 1000 gigavatios). Para poner eso en perspectiva, es equivalente a la energía almacenada en 87,5 a 875 millones de baterías de vehículos eléctricos. Solo 56 gigavatios-hora de almacenamiento de energía estaban en línea en todo el mundo a fines de 2021.

La potencia de salida de UGES, es decir, lo que puede suministrar instantáneamente a la red, varía principalmente con la longitud del pozo de la mina subterránea y la cantidad de arena utilizada. Un proyecto en una antigua mina de solo 200 metros de profundidad que use 4 millones de toneladas de arena podría proporcionar solo 10 megavatios a la red, suficiente para alimentar entre 5000 y 8000 hogares, mientras que un proyecto en un pozo de 1000 metros de profundidad que use 40 millones toneladas de arena podrían generar hasta 200 megavatios.

Una mina más profunda no solo produciría y almacenaría más energía, sino que también sería más rentable. Los costos de almacenamiento de energía varían de $ 1 a $ 10 por kilovatio-hora para UGES, calculan los autores, francamente baratos en comparación con las baterías de iones de litio, que actualmente cuestan alrededor de $ 150/kWh. Sin embargo, los precios de las baterías siguen cayendo a medida que mejoran los componentes químicos.

Los mayores inconvenientes de UGES son su uso considerable de arena, una materia prima aparentemente omnipresente que en realidad podría escasear a finales de este siglo, y su modesta capacidad de energía: cuánta electricidad puede entregar a la red en un momento dado. Una planta UGES también puede tardar días, semanas o incluso meses, dependiendo de la cantidad de arena utilizada y la profundidad, para 'recargarse' por completo, es decir, mover la arena desde el fondo del pozo hasta la parte superior.

Por otro lado, su capacidad para almacenar energía de forma económica durante semanas, meses o incluso años, o quizás indefinidamente, es una gran ventaja. La arena no se evapora como el agua de un depósito hidroeléctrico bombeado ni se disipa como la energía que se descarga lentamente de las baterías. ¿Otro beneficio fantástico? UGES puede revitalizar las comunidades de carbón a medida que las minas continúan cerrando en todo el mundo.

"El mundo está transformando su sistema energético, reduciendo a la mitad la extracción de carbón para fines relacionados con la energía", escribieron los investigadores. "UGES puede proporcionar una fuente alternativa de ingresos para las personas que trabajan en las minas y la comunidad".

A medida que los planificadores y los formuladores de políticas busquen diseñar una red eléctrica sin carbono, necesitarán una combinación diversa de soluciones de generación de electricidad y almacenamiento de energía para maximizar la estabilidad y minimizar el riesgo de apagones. UGES podría muy bien influir en ese futuro.