¿Qué es el almacenamiento térmico?

Un termo mantiene caliente el café durante horas. Una casa de muros gruesos conserva el fresco incluso cuando fuera aprieta el calor del verano. Una olla de barro sigue cocinando un guiso después de apagar el fuego. Son escenas cotidianas que parten de una misma idea: el calor también se almacena.

En el sistema energético ocurre algo parecido.

Cuando se habla de almacenar electricidad, las protagonistas suelen ser las baterías. Se utilizan en los coches eléctricos, permiten guardar la electricidad generada por los paneles solares fotovoltaicos y ocupan titulares cada vez que se inaugura una gran instalación.

Sin embargo, no toda la energía se almacena en forma de electricidad. También se conserva en forma de calor mediante sistemas de almacenamiento térmico y puede emplearse directamente para calefacción o en procesos industriales, o transformarse posteriormente en electricidad. Es lo que ocurre, por ejemplo, en las centrales termosolares, donde los espejos concentran la radiación solar para calentar un fluido y producir vapor que mueve una turbina.

Fuente: Pixabay

Una parte importante de la energía que se consume no se destina a producir electricidad, sino a calentar edificios, generar agua caliente, fabricar materiales o alimentar procesos industriales. Según la Agencia Internacional de las Energías Renovables (IRENA), el calor representa cerca de la mitad del consumo energético mundial. Conservar parte de esa energía en lugar de dejar que se disipe permite reducir pérdidas y aprovechar mejor los recursos disponibles.

En eso consiste el almacenamiento térmico: en guardar calor -o frío- para utilizarlo cuando realmente hace falta. Esta tecnología separa el momento en el que la energía se produce del momento en el que se consume, una capacidad que puede ser valiosa en un sistema cada vez más dependiente de fuentes renovables.

Tres maneras de guardar calor

No todos los sistemas de almacenamiento térmico funcionan igual. La diferencia está en el material utilizado y en la forma en que retiene la energía:

• Almacenamiento por calor sensible. Consiste en calentar materiales como el agua, piedras, arena o sales fundidas. Estos acumulan energía mientras aumenta su temperatura y la liberan poco a poco cuando se enfrían.
• Almacenamiento por calor latente. Emplea materiales que absorben o desprenden grandes cantidades de energía al pasar de sólido a líquido o al realizar el proceso contrario. Se conocen como materiales de cambio de fase o PCM, por sus siglas en inglés.
• Almacenamiento termoquímico. Utiliza reacciones químicas reversibles. La energía queda guardada en los enlaces entre las moléculas y puede recuperarse después con pérdidas muy reducidas.

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La primera opción es la más sencilla y también una de las más extendidas. El principio se reconoce en una pared que continúa templada después de recibir el sol o en el asfalto que sigue desprendiendo calor al anochecer. Las centrales termosolares también recurren a este sistema, aunque a una escala mucho mayor, mediante depósitos de sales fundidas capaces de conservar temperaturas muy elevadas.

Los materiales de cambio de fase funcionan de otra manera. Un cubito de hielo, por ejemplo, absorbe calor mientras se derrite. Durante ese proceso, la temperatura no aumenta de forma inmediata porque buena parte de la energía se emplea en transformar el sólido en líquido. Algunos materiales aprovechan este mismo fenómeno para almacenar y liberar calor de forma controlada.

El almacenamiento termoquímico va un paso más allá. En lugar de conservar un material caliente, guarda la energía mediante una reacción reversible o la interacción entre dos sustancias. Un ejemplo son las zeolitas, minerales llenos de poros microscópicos que actúan como una especie de esponja para el vapor de agua.

Para “cargar” el sistema, se aplica calor y se separa el agua retenida en la zeolita. Cuando se necesita recuperar la energía, el material vuelve a entrar en contacto con aire húmedo: atrapa las moléculas de agua y libera calor. Mientras ambos componentes permanecen separados, la energía puede conservarse durante periodos prolongados con pocas pérdidas. Esta tecnología puede aprovecharse, por ejemplo, para recuperar calor industrial o alimentar redes de calefacción, aunque todavía presenta retos técnicos y económicos antes de extenderse a gran escala.

¿Dónde se utiliza el almacenamiento térmico?

Aunque suele asociarse a las centrales termosolares, sus aplicaciones abarcan muchos más ámbitos:

• En plantas termosolares, permite seguir produciendo electricidad después de la puesta de sol.
• En la industria, recupera parte del calor que se pierde en hornos, chimeneas y procesos de fabricación.
• En edificios, acumula calor o frío para utilizarlo en las horas de mayor demanda.
• En redes urbanas de climatización, abastece de calefacción o refrigeración a barrios completos.
• En hospitales, centros de datos y grandes superficies, ayuda a reducir el consumo eléctrico en los momentos de mayor actividad, dado que permite almacenar frío durante las horas de menor demanda y emplearlo posteriormente para cubrir parte de las necesidades de refrigeración durante las horas punta. De este modo, se reduce la demanda eléctrica de esos periodos.

En todos estos casos se repite la misma lógica: se aprovecha una energía que ya se ha producido, de modo que no se pierda en el ambiente.

Andalucía, un escenario privilegiado

Andalucía reúne condiciones especialmente favorables para desarrollar estas tecnologías. Su elevada radiación solar y la presencia de centros de investigación especializados permiten ensayar nuevas soluciones en condiciones reales.

Paneles termosolares. Fuente: Centro Extremeño de Tecnologías Avanzadas (CETA-CIEMAT).

Uno de los principales referentes es la Plataforma Solar de Almería, perteneciente al CIEMAT. En sus instalaciones se investigan sistemas de almacenamiento térmico para distintos rangos de temperatura y aplicaciones. Entre ellos se encuentra el proyecto STES4D, orientado al desarrollo de soluciones inteligentes que mejoren el rendimiento de estos sistemas y analicen su viabilidad económica.

La investigación también se centra en encontrar materiales que almacenen más energía, soporten un elevado número de de ciclos de carga y descarga y mantengan sus propiedades durante largos periodos de tiempo, con menos pérdidas y a un coste que permita extender estas tecnologías fuera de los laboratorios.

Este esfuerzo científico se combina con programas públicos que impulsan la implantación de soluciones térmicas renovables. En Andalucía se han respaldado proyectos relacionados con biomasa, geotermia, aerotermia y energía solar térmica, tecnologías destinadas a reducir el consumo de combustibles fósiles para producir calor en hogares, edificios e instalaciones industriales.

Transición energética

Las baterías seguirán desempeñando un papel esencial para almacenar electricidad, electrificar el transporte y estabilizar las redes. Y es que el almacenamiento térmico rara vez ocupa titulares, sino que permanece oculto dentro de depósitos, sales fundidas, materiales especiales o instalaciones industriales que pasan desapercibidas. Aun así, su papel es cada vez más relevante en el ámbito de la administración energética. 

De este modo, guardar el calor cuando sobra para utilizarlo cuando hace falta responde a una idea sencilla. Precisamente, por eso resulta tan poderosa.