En esencia, la iniciativa consiste en un contenedor lleno de silicio de grado metal (pureza en torno al 95%) en el que con calentadores eléctricos se lleva éste a su punto de fusión (1.410ºC). Así la energía eléctrica que ha entrado a la batería a través de dichos calentadores se convierte en energía térmica, más concretamente lo que se llama calor latente de fusión. De esta forma, el silicio pasa a ser una coalescencia incandescente sólido-líquido que radia energía en el infrarrojo.
Para extraer de nuevo dicha energía almacenada como energía eléctrica se usan módulos de células termofotovoltaicas (TFV), es decir células fotovoltaicas especialmente diseñadas para convertir a electricidad dicha radiación infrarroja. La batería opera todo el tiempo a la misma temperatura de fusión del silicio, reduciendo la fatiga térmica, de tal modo que queda plenamente cargada cuando se funde todo el silicio y se descarga del todo cuando dicho silicio se vuelve a solidificar.
Un mineral omnipresente
Como es sabido, el silicio está presente en la tecnología de nuestros días de múltiples formas, usándose para la microelectrónica o para el fotovoltaico debido a sus propiedades semiconductoras. Sin embargo, ésta es la primera vez que se plantea como material de almacenamiento energético.
Su potencial es enorme dado que por un lado es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, tras el oxígeno, con el que se encuentra formando sílice en la arena y otros compuestos. Esto permite que sea un material relativamente muy barato. Pero es que además se da la feliz casualidad de que es el segundo elemento con más calor latente de fusión de la tabla periódica, tras el boro (mucho más caro) lo que le confiere una altísima densidad de energía solo comparable entre las tecnologías actuales de almacenamiento a la del hidrógeno.
Esta alta densidad de energía, junto con su abundancia, hacen que potencialmente pueda tener un coste de instalación por kWh de capacidad muy por debajo de cualquier tecnología de almacenamiento actual; por ejemplo, muy por debajo de la hidroeléctrica reversible, que es con mucho la más instalada hoy en día, o que el ion-litio que en los últimos años experimenta un fuerte crecimiento, sobre todo en aplicaciones móviles.
A la sombra del profesor Antonio Luque
El proyecto ALTERA ha sido iniciado por la empresa española Silbat Energy Storage Solutions, SL, que nace para desarrollar el almacenamiento en silicio fundido basándose en dos patentes del profesor Antonio Luque (pionero del fotovoltaico inventor de la célula solar bifacial y de la célula de banda intermedia) una relativa a diseños de células de muy alta eficiencia termofotovoltaica y otra a un nuevo concepto de aislamiento térmico basado en espejos de altísima reflectividad (99.999%) en el espectro de radiación del silicio fundido, construidos a base de cristales fotónicos.
Para el desarrollo de un primer demostrador, Silbat promovió la creación de un consorcio de empresas españolas en el que participarán, además de la propia Silbat, otra tres tecnológicas: Nano4Energy, spin-off del Institutp de Microeletrónica de Madrid del CSIC, especializada en técnicas de pulverización catódica que se usaran para la construcción de los citados espejos; Advanced Thermal Devices, especialistas en ingeniería y dispositivos de alta temperatura y propulsión en el espacio que desarrollará un sistema de fusión del silicio por microondas; y Generaciones Fotovoltaicas de la Mancha, que promueve y construye plantas de energías renovables y orienta el desarrollo del producto para que atienda a necesidades reales.
Además de este consorcio, en el proyecto participan el Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM), poseedor de varios récords mundiales en células fotovoltaicas de muy alta eficiencia, que se encargará la fabricación de células TFV, y el Instituto de Cerámica y el Vidrio del CSI (ICV-CSIC), que colabora en el desarrollo del contenedor refractario que aloje el silicio fundido.
El proyecto, en ejecución desde septiembre de 2020, recibió en diciembre pasado una ayuda de casi dos millones y medio de euros, de la convocatoria Misiones CDTI 2019, logrando la más alta nota de las casi 70 propuestas que se presentaron a la convocatoria de PYMEs y de las que solo ocho logran financiación. En estos diez meses de trabajo, ALTERA ha completado su primer hito y ya reporta resultados, incluso mejores de lo esperado inicialmente, según Ignacio Luque Heredia, CEO de Silbat,
Según su planificación, debe concluir a final de 2022 construyendo las dos patentes de Silbat de células TFV y espejos aislantes, así como un demostrador de laboratorio de todo el concepto de batería.
Costes por debajo de los 20$/kWh
El Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) publicaba recientemente que si existieran sistemas de almacenamiento con duraciones de entre 10h y 100h y costes de instalación asociados a energía de menos de 20$/kWh, sería posible convertir las renovables en plenamente gestionables y hasta operarlas como centrales eléctricas de base de manera competitiva en costes con las actuales centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles o nucleares.
Por ahora no existen tecnologías de almacenamiento, maduras, con tan bajos costes de instalación. Sin embargo, de acuerdo con Ignacio Luque, los análisis tecno-económicos realizados para la batería ALTERA indican que se puede llegar a un coste inferior a 10$/kWh en baterías de 100h tras alcanzar un nivel medio de industrialización. "Es pues la de ALTERA una tecnología que puede llegar a desligar las energías renovables como la eólica o la fotovoltaica de su carácter intermitente y esto a un coste competitivo", destaca el CEO de Silbat.
"En España no solo se está apoyando a través de CDTI esta nueva tecnología de la que somos pioneros, sino que la labor de difusión del consorcio ALTERA también ha tenido eco en la Estrategia de Almacenamiento Energético recientemente publicada por parte del Miteco, donde el desarrollo de almacenamiento eléctrico en silicio fundido ya queda reflejado", concluye.
