Las aleaciones eutécticas potencian el almacenamiento estacional de energía térmica
La Unión Europea ha estado a la vanguardia del despliegue mundial de energías renovables durante más de dos decenios. La adopción de objetivos a largo plazo y de medidas políticas de apoyo ha promovido un fuerte crecimiento de este sector, que ha pasado de una cuota del 9 % en el consumo final bruto de energía en 2005 hasta aproximadamente el 20 % en 2020. Con todo, el despliegue de energías renovables debe combinarse con alguna forma de almacenamiento de energía para hacer frente a las fluctuaciones en la producción de energía. El almacenamiento de energía térmica puede equilibrar la demanda diurna y nocturna de energía, almacenar calor en verano para la calefacción en invierno o frío en invierno para la climatización en verano. El concepto de almacenamiento de energía térmica parece sencillo a primera vista, pero un examen más detallado revela un panorama mucho más complejo. Problemas con los materiales de cambio de fase (MCF) comerciales «Las técnicas de almacenamiento de energía térmica que aprovechan el calor latente han recibido una enorme atención últimamente porque su nivel de preparación está cerca del uso comercial para los sistemas de utilización de energía solar», señala el profesor Khamid Mahkamov, que ha estado a cargo del proyecto financiado con fondos europeos THERMOSTALL, desarrollado en el marco de una beca individual de investigación Marie Skłodowska-Curie. Antes de aprovechar el potencial de los MCF hay que hacer frente a varios retos. Estos materiales acumulan o descargan enormes cantidades de energía durante su cambio de fase absorbiendo y liberando energía térmica durante la fusión y la congelación respectivamente. Entre sus prestaciones más reseñables se incluyen un alto calor latente de fusión, una alta conductividad térmica, un alto calor específico y densidad, y una durabilidad durante ciclos repetidos. «Las sales orgánicas e hidratadas son algunos de los MCF más conocidos utilizados en los sistemas de energía solar. Sin embargo, su bajo coeficiente de conducción térmica, su baja densidad y, dependiendo del caso, su inestabilidad química y su tendencia a sobreenfriarse, representan un escollo para su uso generalizado en los sistemas de aprovechamiento de la energía solar», explica el profesor Mahkamov. Debido a las propiedades termofísicas inferiores de estos MCF, los sistemas de almacenamiento de energía tienen grandes dimensiones y carecen de una alta eficiencia de carga y descarga. Las aleaciones eutécticas dejan su huella en el almacenamiento de energía térmica THERMOSTALL halló una solución potencial para estos problemas: las aleaciones metálicas eutécticas. Es decir, los investigadores utilizaron una mezcla de aleación de baja pureza constituida por metales con un punto de fusión bajo. Las nuevas formulaciones de MCF fueron diseñadas para su uso en sistemas de almacenamiento estacional de energía térmica en viviendas y edificios de empresas pequeñas. «Las propiedades favorables de las aleaciones metálicas con punto de fusión bajo las convierten en una combinación perfecta en diversas áreas, especialmente en el campo de la electrónica. Sin embargo, esta es la primera vez que se han introducido en sistemas de acumulación de energía térmica», señala el profesor Mahkamov. Los materiales eutécticos exhiben varias prestaciones interesantes, a saber: son estables, su conductividad térmica es dos veces mayor que la de los MCF convencionales, mientras que su capacidad de almacenamiento térmico es tres veces mayor. Las aleaciones eutécticas comerciales suelen tener una gran pureza y, por lo tanto, son relativamente caras. Para minimizar los costes, los investigadores se centraron en las aleaciones de baja pureza y sus muestras se sinterizaron en el laboratorio. Experimentaron con una amplia gama de metales, con puntos de fusión que oscilaban entre los 70 y los 230 grados centígrados, a fin de identificar las aleaciones con las propiedades termofísicas más adecuadas. El equipo determinó los valores de calor latente y específico de las aleaciones preparadas utilizando la calorimetría diferencial de barrido. «En general, las aleaciones eutécticas pueden reducir significativamente la complejidad del diseño y los costes de fabricación de los sistemas de almacenamiento de energía térmica», concluye el profesor Mahkamov. El trabajo del proyecto llevó al diseño de un prototipo precomercial para el almacenamiento estacional de energía térmica para edificios de viviendas y de empresas pequeñas.
Palabras clave
THERMOSTALL, material de cambio de fase (MCF), aleaciones eutécticas, almacenamiento estacional de energía térmica, calor latente, punto de fusión bajo, prototipo