El almacenamiento de energía renovable es importante para ayudar a la humanidad a reducir su dependencia de los combustibles fósiles como el petróleo y el carbón, que producen dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero que provocan el cambio climático.
Aprovechar la energía del sol con paneles solares y utilizar la energía eólica con turbinas eólicas son dos formas comunes de generar energía renovable. Pero el sol no siempre brilla y el viento no siempre sopla cuando queremos electricidad, ya veces producen excedentes de energía cuando la demanda es baja.
Para reducir el impacto de la generación de energía inconsistente a partir de fuentes renovables, los científicos e ingenieros están desarrollando formas de almacenar el exceso de energía para usar cuando sea necesario. Hay muchas maneras diferentes de almacenar energía y se están desarrollando y refinando nuevas técnicas de almacenamiento todo el tiempo. Estos son algunos de los mejores y más prometedores métodos para almacenar energía renovable.Relacionados: ¿Tesla al rescate? Elon Musk ofrece solución para apagones en Australia
Las baterías son probablemente el método más familiar para almacenar energía. Los humanos usan baterías en todo tipo de dispositivos eléctricos, desde teléfonos inteligentes hasta automóviles. Las baterías más populares son las baterías de iones de litio, que se utilizan en dispositivos pequeños y también constituyen más del 90% del almacenamiento de batería en la red eléctrica mundial, según la Instituto de Estudios Ambientales y Energéticos en Washington, DC, una organización sin fines de lucro que promueve la energía sostenible.
El extremo negativo de una batería está conectado a un electrodo llamado ánodo y el extremo positivo está conectado a otro electrodo llamado cátodo. El electrolito, una sustancia líquida de iones cargados eléctricamente dentro de la batería, se combina con el material de los electrodos para producir una reacción química que genera una corriente eléctrica. En las baterías de iones de litio, el ánodo y el cátodo almacenan litio, según la Departamento de Energía de EE. UU.. El electrolito transporta iones de litio cargados positivamente desde el ánodo hasta el cátodo para alimentar algo y viceversa cuando la batería está cargada, lo que se puede hacer usando energía renovable.
Las baterías de iones de litio tienen algunas desventajas. Por ejemplo, se vuelven menos eficientes y es más probable que fallen con el tiempo, según el Instituto de Energía Limpia en la Universidad de Washington. También son caros de producir a gran escala, y extraer las materias primas necesarias para fabricarlos tiene un impacto ambiental negativo. Como la mayoría de los otros métodos de almacenamiento de energía, las baterías no retienen toda la energía que se les pone; tienen una eficiencia del 85% al 95%, según un informe de 2020 de la Consejo Mundial de la Energíauna red de líderes energéticos que promueven la energía sostenible.
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El almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo, o energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo, utiliza dos depósitos de agua para almacenar electricidad. El exceso de energía se utiliza para bombear agua desde un depósito inferior a un depósito superior. Luego, cuando se necesita electricidad, se libera agua en el depósito superior para que fluya de regreso al depósito inferior a través de turbinas que generan electricidad, según una revisión de 2021 del almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada publicada en la revista. Progreso en Energía. No toda la energía utilizada para bombear el agua se recupera cuando se libera; El almacenamiento de energía hidroeléctrica tiene una eficiencia de alrededor del 75% al 85%, según el informe del Consejo Mundial de Energía de 2020.
La instalación de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo más grande del mundo se encuentra en Virginia y suministra energía a unos 750.000 hogares, según el Environmental and Energy Study Institute. Los sistemas de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo generalmente se construyen en los ríos o cerca de ellos, junto con la producción de energía hidroeléctrica. Sin embargo, también se pueden utilizar utilizando agua de mar de los océanos. Un sistema de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo en la isla de Okinawa, Japón, extrae agua de mar del océano y la sube a una colina a través de una tubería. Luego, el sistema libera el agua a través de la tubería para impulsar las turbinas y generar electricidad, según el Universidad de Strathclyde en Escocia.
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El almacenamiento de electricidad térmica bombeada implica el uso de electricidad generada a partir de fuentes renovables para calentar grava u otro material que retenga el calor dentro de un tanque aislado. Este calor se puede usar para generar electricidad cuando sea necesario, según un artículo de 2020 en La conversación por Antoine Koen, doctorando en almacenamiento de energía térmica por bombeo, y Pau Farres Antúnez, investigador en almacenamiento de energía, ambos de la Universidad de Cambridge en Inglaterra.
El método utiliza materiales de fácil acceso como la grava, por lo que se puede instalar en casi cualquier lugar. El almacenamiento de electricidad térmica por bombeo tiene un rango de eficiencia esperado de entre 50% y 70%, según un artículo de 2017 publicado en la revista. Revisiones de energía renovable y sostenible. Esta tecnología aún se está desarrollando. La primera instalación de demostración de almacenamiento de electricidad térmica por bombeo en la Universidad de Newcastle en Inglaterra demostró una eficiencia del 65 % en 2019, según un estudio de 2020 publicado en la revista Fronteras en la investigación energética.
Una empresa del Reino Unido llamada Gravitricity está desarrollando una tecnología para aprovechar al máximo la gravedad. El método utiliza electricidad para levantar pesos en un cabrestante, que luego se liberan para hacer girar un generador de electricidad, recuperando la mayor parte de la energía utilizada para levantarlos. Este equipo podría construirse en pozos de minas en desuso para arrojar alrededor de 13,200 toneladas (12,000 toneladas métricas) por un pozo de más de 2,620 pies (800 metros) de profundidad, El guardián reportado en 2019. La tecnología tiene una eficiencia prevista de 80% a 90%, según el gravitricidad sitio web. Otro sistema basado en la gravedad utiliza el exceso de energía para tirar de los trenes por una pendiente antes de dejar que bajen para liberar la energía almacenada, informó Live Science anteriormente. Una empresa llamada Advanced Rail Energy Storage (ARES) está desarrollando uno de estos sistemas en Nevada, según el Ares sitio web.
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Los sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido bombean aire a una cámara subterránea para aumentar la presión, que puede liberarse a pedido para impulsar turbinas de gas, informó Live Science anteriormente. Se produce más energía si la planta quema gas natural en el aire a alta presión, pero esto produce emisiones de dióxido de carbono. Este sistema puede tener una eficiencia de entre el 70% y el 89%, según el informe del Consejo Mundial de la Energía de 2020. Hay al menos dos instalaciones de almacenamiento de energía de aire comprimido operativas. La primera instalación se estableció en Huntorf, Alemania, en 1978, y una segunda instalación en Alabama ha estado en funcionamiento desde 1991, según un estudio de 2021 publicado en la revista. Revisiones de energía renovable y sostenible.
El hidrógeno se utiliza como una forma de almacenamiento de energía química. La electricidad se convierte en hidrógeno a través de un proceso llamado electrólisis, que descompone el agua en sus elementos hidrógeno y oxígeno, según el Departamento de Energía de EE. UU.. El hidrógeno se puede almacenar y utilizar como combustible para generar electricidad. El hidrógeno también se puede utilizar para impulsar vehículos de hidrógeno para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero del transporte.
El uso de hidrógeno para almacenar energía tiene una eficiencia del 35% al 55%, según el informe del Consejo Mundial de la Energía de 2020. Las celdas de combustible de hidrógeno son costosas, ya que requieren metales costosos como el platino. Sin embargo, se utilizan para alimentar y respaldar instalaciones críticas, como relés de telecomunicaciones y procesamiento de tarjetas de crédito, según el Environmental and Energy Study Institute.
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Para obtener más información sobre cómo podemos usar la energía renovable para alimentar al mundo, mire este breve video de YouTube de TED-ed. Puede averiguar cómo ahorrar dinero conservando energía y combustible en el Departamento de Energía de EE. UU. sitio web. Lea más sobre los beneficios de las energías renovables de la Unión de Científicos Preocupadosuna organización sin fines de lucro dedicada a la defensa de la ciencia.
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Alexandra Zablocki, Instituto de Estudios Ambientales y Energéticos, «Almacenamiento de energía (2019)», 22 de febrero de 2019. https://www.eesi.org/papers/view/energy-storage-2019
Antoine Koen y Pau Farres Antunez, The Conversation, «Cómo se puede usar el calor para almacenar energía renovable», 25 de febrero de 2020. https://theconversation.com/how-heat-can-be-used-to-store-renewable-energy-130549
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