La producción industrial de acero, hormigón o vidrio requiere más del 20% del consumo energético total de Alemania. Hasta ahora, el 90% de los combustibles utilizados para estos procesos han sido de naturaleza fósil.
Investigadores del Instituto de Karlsruhe de Tecnología (KIT) están trabajando en el único sistema de almacenamiento de calor a alta temperatura de este tipo basado en tecnología de metal líquido para mejorar el uso de fuentes de energía renovables. Los metales líquidos altamente conductores se pueden calentar a más de 700 °C utilizando electricidad verde y pueden almacenar calor industrial de forma flexible.
Del 22 al 26 de abril de 2024, los investigadores presentarán un modelo de su sistema de almacenamiento de energía en el stand KIT de Energy Solutions (pabellón 13, stand C76) de la Hannover Messe.
En todo el mundo se están desarrollando sistemas de almacenamiento de calor a alta temperatura para suministrar calor a las empresas de producción que utilizan muchos recursos, independientemente de las fluctuaciones en la producción de energía renovable. Estos sistemas de almacenamiento convierten la energía eléctrica en calor, que luego se almacena.
El calor se utiliza si es necesario, por ejemplo cuando la electricidad es cara y los procesos de producción no se pueden detener. Cuanto mayor sea la temperatura almacenada, mejor. Esto reduce la cantidad de energía adicional que se necesitaría para alcanzar la temperatura de producción deseada.
Las plantas piloto utilizan sales líquidas para almacenar temperaturas de alrededor de 550°C. Hasta ahora se han logrado temperaturas aún más altas con gases. Cuando se calientan eléctricamente a unos 700°C, transfieren su calor a materiales de almacenamiento como acero, roca volcánica o escoria. "Sin embargo, la transferencia de calor del gas caliente al material de almacenamiento dista mucho de ser eficiente", afirma la Dra. Klarissa Niedermeier del Instituto de Tecnología y Seguridad de la Energía Térmica del KIT.
Excelente transferencia de calor a través de metales líquidos.
Junto con su equipo, está trabajando en una solución novedosa para el rango de altas temperaturas: un sistema de almacenamiento de calor basado en plomo-bismuto. "La conductividad térmica de esta mezcla de metales líquidos es 100 veces mayor que la de otros materiales utilizados en los sistemas de almacenamiento", afirma Niedermeier.
El sistema de almacenamiento de calor a alta temperatura se está probando en bucle. En un tanque de acero, el plomo-bismuto calentado se filtra a través de perlas de cerámica de aproximadamente 2 mm de tamaño y les transmite su calor. Cuando se necesita nuevamente calor, el metal líquido "frío" regresa a través de las perlas y se calienta nuevamente.
Las simulaciones realizadas en el laboratorio de metal líquido KALLA de KIT han confirmado que el uso de metal líquido aumenta la eficiencia del almacenamiento de calor, especialmente cuando se utiliza un paquete muy compacto.
Almacenamiento eficiente del exceso de energía verde
“Cuando el metal líquido se calienta con energía proveniente de fuentes de energía renovables, las empresas tienen una solución eficiente para mitigar las fluctuaciones del suministro de energía y permitir un almacenamiento de energía simple, económico y rápido a temperaturas lo más cercanas posible a las utilizadas en los procesos industriales. ”, señala Niedermeier.
El proceso tiene un gran potencial para desfosilizar la industria. Los procesos industriales en Alemania consumen 400 teravatios hora de calor al año y el 90% de los combustibles utilizados en estos procesos son fósiles.
Hasta ahora, los metales líquidos apenas se han utilizado en sistemas de almacenamiento de calor. Según Niedermeier, esto se debe principalmente a razones logísticas. En el mundo existen muy pocos sistemas de circuito cerrado en los que se pueda probar un sistema de almacenamiento de calor de este tipo. KALLA tiene un gran ciclo de plomo-bismuto, que se utiliza para nuevos proyectos en el campo de las fuentes de energía renovables, entre otros.
En la feria de Hannover de este año, el equipo presentará en KIT un modelo del sistema de almacenamiento de calor, cuyo tamaño es aproximadamente la mitad que el sistema real. El sistema de KIT está diseñado para almacenar 100 kilovatios-hora de calor y hasta ahora ha sido probado a escala de laboratorio a temperaturas de hasta 400°C.
“Éste es el sistema mundial de almacenamiento de calor de metal líquido de este tipo con tal capacidad. Queremos demostrar que el principio funciona y que tiene un gran potencial”, afirma Klarissa Niedermeier.