Uno de los mayores desafíos de la transición energética no consiste tanto en producir electricidad a partir de fuentes renovables como en almacenarla. La energía solar y eólica son limpias y cada vez más competitivas, pero presentan un inconveniente bien conocido: su producción depende de las condiciones meteorológicas. El Sol no siempre brilla y el viento no siempre sopla cuando existe demanda. Resolver esta intermitencia es uno de los grandes retos tecnológicos del siglo XXI.
En este contexto, una pequeña localidad del sur de Finlandia, Pornainen, se ha convertido en un laboratorio a escala real de una solución tan sencilla en apariencia como ingeniosa: la batería de arena. Se trata del mayor sistema comercial de este tipo construido hasta la fecha y representa una alternativa muy prometedora para el almacenamiento de energía en forma de calor.
Qué es una batería de arena
A diferencia de las baterías convencionales, cuyo objetivo es almacenar electricidad, una batería de arena almacena energía térmica. En realidad, el nombre puede inducir a error, ya que en el caso finlandés el material empleado no es arena común, sino unas 2000 toneladas de esteatita triturada, una roca con una elevada capacidad calorífica y gran estabilidad frente a las altas temperaturas. Se trata de una roca metamórfica muy blanda compuesta principalmente de talco más pequeñas cantidades de clorita, anfíboles, piroxenos, pirita, magnetita, carbonatos, olivino, serpentina y micas negras. El material se aloja en un silo cilíndrico de unos 13 metros de altura y 15 metros de diámetro, cuidadosamente aislado para minimizar las pérdidas de calor.
El funcionamiento del sistema puede entenderse en tres etapas relativamente simples.
La primera consiste en captar electricidad de la red cuando existe un exceso de producción renovable. En los momentos de fuerte viento o abundante radiación solar, la electricidad suele ser muy barata porque la oferta supera a la demanda. En lugar de desperdiciar ese excedente, la instalación lo aprovecha para alimentar grandes resistencias eléctricas que convierten la energía eléctrica en energía térmica mediante el conocido efecto Joule.
En la segunda etapa, ese calor se transfiere a la masa de esteatita, elevando su temperatura hasta varios cientos de grados centígrados. El enorme volumen de roca actúa como un gigantesco acumulador térmico, mientras que el aislamiento del depósito funciona como un inmenso termo, capaz de conservar el calor durante días o incluso semanas con pérdidas relativamente pequeñas.
La tercera fase tiene lugar cuando aumenta la demanda de calefacción. Entonces, el calor almacenado se extrae mediante intercambiadores de calor, que calientan agua destinada a la red urbana de calefacción. Esta agua caliente circula por tuberías subterráneas para suministrar calefacción y agua caliente sanitaria a viviendas y edificios públicos de la localidad.
La gran ventaja de este sistema es que desacopla el momento en que se compra la electricidad del momento en que se utiliza el calor. En otras palabras, permite adquirir electricidad cuando resulta barata —porque abundan las energías renovables— y emplear esa energía horas, días o incluso semanas después, cuando la demanda térmica es elevada. Es un principio comparable al de cargar un teléfono móvil durante la noche para utilizarlo al día siguiente, aunque llevado a una escala miles de veces mayor.
Calefacción para 5000 habitantes
La batería instalada en Pornainen puede almacenar aproximadamente 100 megavatios-hora (MWh) de energía térmica, suficiente para cubrir cerca de una semana de demanda de calefacción durante el invierno o hasta un mes durante el verano para una población de unos 5000 habitantes. Según sus responsables, el sistema permitirá suministrar entre el 55 % y el 60 % de la calefacción urbana del municipio, reduciendo de forma muy significativa la dependencia de combustibles fósiles y de la biomasa.
Además de disminuir el consumo de madera en torno a un 60 %, se estima que la instalación reducirá las emisiones de gases de efecto invernadero de la red de calefacción en casi un 70 %. Una antigua central de biomasa permanece operativa únicamente como sistema de respaldo durante los periodos de máxima demanda.
Desde el punto de vista tecnológico, una de las mayores fortalezas de estas baterías reside en la simplicidad de sus materiales. A diferencia de las baterías electroquímicas, no requieren litio, cobalto, níquel ni tierras raras, cuya extracción plantea importantes problemas económicos, geopolíticos y medioambientales. En su lugar utilizan materiales abundantes, baratos y muy duraderos, lo que facilita tanto su construcción como su mantenimiento.
Limitaciones
Naturalmente, esta tecnología también presenta limitaciones. Su principal aplicación consiste en el almacenamiento de calor, no de electricidad. Aunque en teoría sería posible reconvertir parte de la energía térmica almacenada en electricidad mediante ciclos termodinámicos, este proceso resulta todavía poco eficiente y encarece considerablemente el sistema. Asimismo, la densidad energética de una batería de arena es mucho menor que la de una batería de litio, por lo que requiere instalaciones de gran tamaño.
Sin embargo, esta aparente desventaja deja de ser relevante cuando el objetivo no es alimentar un vehículo eléctrico o un teléfono móvil, sino abastecer una red de calefacción urbana. En ese contexto, la capacidad para almacenar grandes cantidades de calor durante largos periodos, utilizando materiales económicos y disponibles localmente, puede convertirse en una herramienta decisiva para integrar una proporción creciente de energías renovables en el sistema energético.
El ejemplo de Pornainen demuestra que, en ocasiones, las soluciones más innovadoras no requieren materiales exóticos ni tecnologías extremadamente complejas. Basta con aplicar de forma inteligente principios físicos bien conocidos para resolver uno de los problemas más importantes de la descarbonización: almacenar la energía cuando sobra para utilizarla cuando realmente hace falta. La batería de arena finlandesa ilustra cómo una idea aparentemente sencilla puede desempeñar un papel relevante en el futuro de la descarbonización y del almacenamiento energético a gran escala.
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