Las baterías térmicas de carbono buscan energía barata y continua para la industria estadounidense

GrafTech International, un importante fabricante de productos de carbono y grafito, se ha asociado con un desarrollador de almacenamiento de energía térmica en baterías térmicas basadas en carbono destinadas a suministrar energía asequible y disponible las 24 horas a la industria estadounidense. El esfuerzo, reportado por Interesting Engineering, sitúa a uno de los nombres consolidados en la fabricación de grafito en el centro de una categoría de almacenamiento que está atrayendo una atención creciente como alternativa a las baterías convencionales para cargas industriales pesadas.

La premisa es sencilla aunque la ingeniería no lo sea: en lugar de almacenar energía mediante reacciones químicas como hacen las celdas de iones de litio, una batería térmica la almacena como calor dentro de un medio sólido —en este caso, carbono— y libera ese calor cuando una fábrica lo necesita. Para muchos procesos industriales que funcionan con calor a alta temperatura en lugar de electricidad únicamente, ese enfoque se corresponde directamente con la forma en que las plantas consumen energía en la realidad.

Por qué el calor industrial es el problema difícil

La industria pesada es uno de los sectores más difíciles de descarbonizar porque gran parte de lo que hace depende del calor en lugar del trabajo mecánico o eléctrico. La fundición, la calcinación, el secado, el curado, el refinado y el procesamiento químico exigen temperaturas elevadas sostenidas, y los equipos que proporcionan esas temperaturas se han diseñado históricamente en torno a la combustión.

Eso crea dos problemas a la vez. El primero son las emisiones: el calor de proceso procedente de combustibles fósiles representa una parte importante del uso de energía industrial y, por extensión, de la producción industrial de carbono. El segundo es la economía. Sustituir un horno alimentado con gas por un sistema que funciona con precios mayoristas volátiles de la electricidad introduce un nuevo tipo de riesgo financiero, porque la estructura de costes de la planta ahora depende de cuándo decide consumir energía.

Las baterías térmicas se posicionan como una forma de romper ese vínculo. Si una instalación puede absorber electricidad cuando es barata y abundante —incluidos los periodos de alta producción renovable— y luego descargar el calor almacenado según la demanda, puede seguir funcionando de forma continua sin pagar precios elevados por la energía. Esa es la propuesta de valor de disponibilidad las 24 horas que persiguen GrafTech y su socio.

Qué hace una batería térmica basada en carbono

Una batería térmica con este diseño toma una entrada eléctrica y la convierte en calor dentro de un medio de almacenamiento. El calor se retiene en una masa aislada hasta que el proceso lo necesita, momento en el cual se entrega como energía térmica de alta temperatura. Nada en la secuencia depende de la disponibilidad intermitente de un calendario de suministro de combustible; la limitación pasa a ser cuánta energía puede contener el bloque de almacenamiento y con qué eficiencia puede recuperarse.

Varias características hacen del carbono un material atractivo para ese papel:

• Tolerancia a altas temperaturas. Los materiales de carbono y grafito se utilizan en entornos industriales precisamente porque soportan calor extremo sin perder integridad estructural.
• Rendimiento térmico. El grafito conduce el calor de forma eficaz, lo que importa tanto para cargar el medio de almacenamiento como para extraer calor a un ritmo controlado.
• Cadenas de suministro consolidadas. El carbono y el grafito ya se producen a escala industrial para electrodos, revestimientos de hornos y otras aplicaciones exigentes.
• Perfil de costes. La economía de un medio de almacenamiento depende en gran medida de que la materia prima sea lo bastante barata como para desplegarla a granel en lugar de en pequeñas cantidades de ingeniería de precisión.

Esas son las propiedades que hacen del almacenamiento basado en carbono una respuesta plausible a un problema que la química de baterías por sí sola ha tenido dificultades para resolver de forma económica a escala industrial.

La alianza entre GrafTech y Antora

El papel de GrafTech en la colaboración se basa en la fabricación. La empresa produce productos de carbono y grafito a escala, lo que significa que aporta experiencia en producción de materiales y procesamiento industrial en lugar de especialidades en software de almacenamiento o electrónica de potencia. Su socio, la empresa de almacenamiento de energía térmica Antora, trabaja en convertir electricidad en calor almacenado y devolverlo a clientes industriales.

Esa división del trabajo es reveladora. El almacenamiento térmico para la industria pesada es tanto un desafío de materiales y fabricación como un desafío de tecnología energética. Construir almacenamiento que pueda ubicarse dentro de una planta en funcionamiento, sobrevivir años de ciclos térmicos y producirse en cantidades lo bastante grandes como para ser relevantes requiere el tipo de base de suministro industrial pesado que GrafTech ya opera.

La alianza también señala hacia dónde creen los desarrolladores que se dirige el mercado: no hacia la electrónica de consumo ni los vehículos de pasajeros, sino hacia los clientes industriales cuya demanda de energía es grande, continua y costosa de descarbonizar.

La energía las 24 horas como argumento de venta

La expresión «las 24 horas» tiene un significado específico en este contexto. Las instalaciones industriales no se detienen cuando se pone el sol o cuando baja la generación eólica. Un sistema de almacenamiento que solo desplaza energía a lo largo de unas pocas horas no resuelve su problema. Lo que la industria necesita es una forma de comprar energía cuando es más barata y seguir operando de forma continua.

Las baterías térmicas abordan eso desacoplando el momento de la compra del momento de uso. La electricidad puede tomarse durante ventanas de precios bajos, convertirse en calor y retenerse hasta que el proceso la requiera. Para los operadores de plantas, el resultado es una base de costes más predecible y una vía para utilizar electricidad con menores emisiones de carbono sin rediseñar toda la línea de producción.

También existe un argumento a nivel de red. Las grandes cargas industriales que pueden absorber energía de forma flexible son útiles para un sistema con cantidades crecientes de generación renovable variable, porque pueden consumir electricidad cuando la oferta es abundante en lugar de añadir tensión durante las horas punta. El almacenamiento térmico convierte efectivamente una fábrica en un activo flexible en lugar de rígido.

Qué hay que observar

La colaboración es un desarrollo a seguir más que una historia de despliegue terminada. Cómo se comporte la tecnología dependerá de varios factores que se irán aclarando a medida que avancen los proyectos:

• Coste por unidad de calor almacenado. El almacenamiento térmico solo desplaza el calor de proceso alimentado con combustibles fósiles si el coste entregado es competitivo.
• Integración con plantas existentes. Adaptar el almacenamiento a instalaciones industriales en funcionamiento es un problema de ingeniería distinto de construirlo en un laboratorio.
• Durabilidad de los materiales. Una vida útil prolongada bajo ciclos repetidos de alta temperatura determina si la economía se mantiene durante décadas.
• Escala de fabricación. La capacidad de producción de carbono y grafito determinará la rapidez con que puede desplegarse la tecnología.

Para GrafTech, la iniciativa extiende un negocio de materiales hacia la transición energética, donde la experiencia en grafito y carbono tiene valor más allá de los clientes industriales tradicionales. Para la industria estadounidense, representa un intento más de hacer del calor barato, continuo y con menores emisiones de carbono una opción práctica en lugar de una aspiración a largo plazo. La apuesta de fondo es sencilla: si el calor puede almacenarse tan barato como puede generarse, el momento de los precios de la electricidad deja de dictar cuándo pueden funcionar las fábricas estadounidenses.

Este artículo se basa en reportajes de Interesting Engineering. Lea el artículo original.