El Países Bajos podría haber encontrado finalmente una solución a su búsqueda para hacer millones de homes libre de gas. Una nueva batería de calor, desarrollada por un consorcio de Cellcius, spin-off de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TNO) y socios industriales, pretende ser una solución económica y compacta en la transición energética a la que se dirige el país.
Con la invasión rusa de Ucrania entrando en su tercer mes y Moscú cortando el suministro de gas a Polonia y Bulgaria, existe una mayor necesidad de tomar homes fuera de gas. Como parte de su Acuerdo Climático, los Países Bajos se han fijado el objetivo de implementar 1.3 millones de bombas de calor para 2030. Sin embargo, el país está se espera que se quede corto por no menos de 4,00,000 y esta solución de batería de calor puede actuar como una solución rápida y a gran escala.
La solución de batería de calor de Eindhoven se basa en una fórmula simple
Olaf Adan, profesor de TU/e e investigador principal de TNO, ha demostrado varias veces su sencillo experimento que revela la esencia de la batería de calor. Él revela cómo al llenar una botella pequeña con granos de sal blanca, agregando un poco de agua, hace que chisporrotee. La botella también se siente instantáneamente caliente. La nueva solución de batería de calor de Eindhoven también se basa en este principio termoquímico simple: la reacción de un hidrato de sal con vapor de agua.
“Los cristales de sal absorben el agua, se hacen más grandes y, en el proceso, liberan calor”, dice Adan.
Este intercambio químico hace que la botella se mantenga caliente y también es posible lo contrario, en el que puede agregar calor para evaporar el agua y secar la sal. Él dice que mientras no llegue agua a este polvo de sal seca, el calor siempre se almacena en él. El producto resultante es una batería completamente libre de pérdidas.
Adan dice el proceso se puede repetir hasta el infinito y se convierte en la base de una batería de calor capaz de almacenar calor que se puede utilizar en un momento posterior o en un lugar diferente. Él ve esto como una solución para el suministro fluctuante de energía renovable en homes y edificios, y como medio para la reutilización de 'residuos de calor' en otro lugar.
Si bien parece simple, el mayor desafío es el uso del material de sal correcto y Adan, que ha estado trabajando en esto durante más de doce años, dice que solo un "número muy limitado tiene las propiedades adecuadas para usar en una batería".
“Un cristal de sal como ese se hace más grande y más pequeño, el calor entra y sale todo el tiempo. Así que algo le sucede a tal partícula. Como resultado, puede desintegrarse rápidamente o agruparse con otras partículas. Así que necesitas un material que puedas seguir usando cíclicamente”, dice Adan.
El y su team se decidió por el carbonato de potasio como base y construyó un sistema de circuito cerrado, un sistema de recirculación que consta de componentes que incluyen un ventilador intercambiador de calor, un evaporador/condensador y una caldera con partículas de sal. Con una subvención europea de siete millones de euros, Adan y su team han construido un prototipo de batería de calor que está listo para sus primeras pruebas en el mundo real.
Optimizado para uso en el mundo real
El prototipo que ingresa a la prueba del mundo real se parece a un gabinete grande con docenas de casilleros y tiene varios cables sueltos que sobresalen por un costado. Cada dúo de casilleros pequeños coincide con las dimensiones del demostrador original y el dispositivo completo tiene un total de 30 casilleros de este tipo con una capacidad de almacenamiento total de más de 200 kWh. Adán dice que la capacidad es equivalente a dos Tesla completamente cargados.
Al rediseñar los componentes individuales como el evaporador y el intercambiador de calor, Adan y su team han logrado construir un sistema modular en el que esas pequeñas unidades se pueden combinar a voluntad. Con cada casillero siendo su propia unidad individual, el team detrás de esta batería de calor se ve la posibilidad de diferentes diseños, formas y tamaños.
“Todavía no es un producto, pero ahora todo está listo para probarse por primera vez en una situación del mundo real”, agrega Adan.
Las pruebas comienzan con la instalación de una batería de unos 70 kWh en cuatro homes – dos en Eindhoven, uno en Polonia y uno en Francia. Dicen que esta batería es capaz de durar al menos unos días sin sol ni viento. A través de esta prueba del mundo real, su objetivo es aprender qué más se necesita para que esta batería se use como una solución a gran escala en más de tres millones de hogares holandeses.
De la batería de calor al transporte de calor
Adán y su team Comenzó este experimento con la idea de construir una batería de calor que pudiera funcionar como un medio de almacenamiento en homes. Sin embargo, se dieron cuenta de que esta batería térmica puede almacenar calor sin pérdidas y luego decidieron estudiar para transportarla también sin pérdidas. La clave que debe saber aquí es que no le sucede nada a esta batería de calor hasta el momento en que no se agrega agua a la sal seca.
El team en la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TNO) ve el principio termoquímico no solo como una forma de almacenar calor, sino también como una forma de transportar calor sin ninguna pérdida. Esto cambiaría las reglas del juego si se considera el hecho de que el transporte de calor, a través de tuberías o transiciones de fase, siempre genera pérdidas.
El consorcio también está estudiando el calor residual industrial como fuente de calor, una especie de "desperdicio de calor" que se genera como subproducto en las fábricas o calor excedente de los centros de datos. Adan también está realizando una prueba del mundo real para esta prueba de batería de calor donde el calor residual del "Campus Chemelot en Sittard-Geleen se transportará a unos cincuenta homes en el barrio del mismo municipio.”
Adan explica: “Con una estación de recarga de calor en SABIC, recolectamos calor y secamos la sal. Luego llevamos esta sal en camión a una especie de 'casa de transformadores' en la zona residencial, desde donde los cincuenta homes se alimentan de calor a través de tuberías. Así que no tenemos que estar en el homeson ellos mismos.”
Ir más allá de la tecnología
Adán y su team en la escisión Celcius, la primera spin-off combinada de TNO y TU/e, han demostrado la capacidad de su tecnología de baterías de calor para actuar como medio de almacenamiento y transporte. Ahora, están buscando el siguiente gran paso en su viaje: convertir esto en un producto.
Ha recibido una subvención europea de siete cifras y también ha obtenido financiación adicional para realizar el proyecto piloto residencial. Con inversiones recientes de Brabant Development Corporation, Innovation Industries y GoeieGrutten Impact Fund, ha podido dar los toques finales al aspecto financiero del proyecto de transporte de calor.
“Si bien el potencial es grande, también hemos visto muchas tecnologías de gran potencial que no lo han logrado. Así que vamos a mantener los pies en el suelo y dar un paso a la vez. Solo estoy en esto por una cosa: es genial poder contribuir a la transición energética”, dice Adan.