La batería de CO₂ que almacena energía de la red eléctrica se expande por todo el mundo

• El sistema de almacenamiento de energía de larga duración basado en CO₂ desarrollado por la italiana Energy Dome hace posible el almacenamiento de energía renovable a escala de red eléctrica
• La primera planta comercial en la isla de Cerdeña comprime y expande 2,000 toneladas de CO₂ dentro de un sistema sellado para producir 200 MWh de electricidad
• Google, NTPC de India y Alliant Energy de EE. UU. planean instalarlo en distintos países a partir de 2026, con uso previsto para suministro eléctrico de centros de datos y hogares
• La batería de CO₂ no tiene restricciones topográficas y no requiere minerales raros; su vida útil es aproximadamente 3 veces mayor que la de las baterías de ion-litio y su costo es 30% menor
• Está acelerando la comercialización del almacenamiento de energía de larga duración (LDES) y emerge como una tecnología clave para compensar la inestabilidad de las energías renovables

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Estructura y principio de funcionamiento de la batería de CO₂

• La instalación en la zona de Ottana, en Cerdeña, está compuesta por un sistema cíclico que comprime, licúa y expande el CO₂ dentro de un domo sellado
  • Durante la compresión, el CO₂ se presuriza hasta unos 55 bar y, tras enfriarse, se almacena en estado líquido
  • Durante la descarga, el CO₂ líquido se calienta y gasifica para accionar una turbina de expansión de gas, generando electricidad
• Todo el proceso de carga y descarga toma alrededor de 10 horas y puede operar en ciclos diarios repetidos
• El CO₂ utilizado es gas manufacturado puro, sin impurezas ni humedad, lo que ayuda a prevenir la corrosión de los equipos

Plan de expansión global

• NTPC Limited de India prevé completar en 2026 su primera planta en el extranjero en la central eléctrica de Kudgi, en Karnataka
• Alliant Energy de EE. UU. planea iniciar la construcción en Wisconsin en 2026, con el objetivo de suministrar electricidad a 18,000 hogares
• Google busca instalarlo cerca de sus principales centros de datos en Europa, EE. UU. y Asia-Pacífico para impulsar un suministro de energía limpia las 24 horas
  • Su estructura modular estandarizada permite una instalación “plug and play”
  • Google planea llevar esta tecnología a una etapa de comercialización a gran escala

Necesidad del almacenamiento de energía de larga duración (LDES) y tecnologías competidoras

• Se necesita un sistema capaz de almacenar durante largos periodos el excedente de electricidad de la energía solar y eólica para suministrar energía durante más de 8 horas
• Las baterías de ion-litio actuales tienen límites de almacenamiento de 4 a 8 horas y problemas de rentabilidad
• Como tecnologías alternativas se investigan baterías de sodio, hierro-aire y de flujo de vanadio, así como almacenamiento de aire comprimido, hidrógeno y metanol y almacenamiento gravitacional, aunque su comercialización enfrenta restricciones
• El bombeo hidroeléctrico permite almacenamiento de larga duración, pero presenta problemas de limitaciones geográficas y largos tiempos de construcción
• La batería de CO₂ ofrece ventajas como independencia del terreno, cadena de suministro asegurada y buena rentabilidad
  • Es 30% más barata que una batería de ion-litio y su vida útil es aproximadamente 3 veces mayor

Participación de China y competencia tecnológica

• China Huadian Corp. y Dongfang Electric Corp. están construyendo instalaciones de almacenamiento de CO₂ en la región de Xinjiang
  • Según los reportes, se estima una escala de 100 MW a 1,000 MW, aunque las cifras concretas no están claras
• El CEO de Energy Dome, Claudio Spadacini, mencionó que empresas chinas están desarrollando “sistemas muy similares pero a gran escala”

Seguridad y consideraciones ambientales

• El domo de CO₂ tiene una altura similar a la de un estadio deportivo y requiere un terreno aproximadamente el doble de grande que una instalación de ion-litio con la misma capacidad
• Puede soportar vientos de hasta 160 km/h y, si se pronostica una tormenta, es posible comprimir y almacenar el CO₂ para retraer el domo en medio día
• Si ocurriera una rotura, se liberarían 2,000 toneladas de CO₂, lo que equivale a las emisiones de 15 vuelos redondos entre Nueva York y Londres
  • Las personas cercanas tendrían que mantenerse a una distancia de al menos 70 m
• El CEO explicó que ese volumen de emisiones es insignificante en comparación con las emisiones de una central de carbón

Características técnicas y eficiencia

• Las tecnologías clave son sellado de turbomáquinas, almacenamiento de energía térmica y recuperación de calor tras la condensación, lo que permite reducir costos y mejorar la eficiencia
• Todos los componentes pueden obtenerse de cadenas de suministro industriales ya existentes
• El domo puede instalarse en medio día y la planta completa puede terminarse en menos de 2 años
• Puede instalarse en 5 hectáreas de terreno plano, por lo que tiene pocas restricciones regionales

Significado industrial

• La batería de CO₂ es una nueva solución para la red eléctrica que combina almacenamiento de larga duración, bajo costo e independencia del terreno
• Ayuda a resolver el problema de la intermitencia de las energías renovables y contribuye a la estabilización de centros de datos y redes eléctricas nacionales
• Con la participación de Google y grandes compañías eléctricas, se prevé una aceleración de su comercialización global

[GN⁺]

Opiniones de Hacker News

• Comparar de forma simple la eficiencia de ida y vuelta (60~75%) de la batería de CO2 con el ~90% del ion-litio saca las cosas de contexto
  En el almacenamiento a escala de red, la economía importa más que la eficiencia: vida útil, depreciación, ciclo de reemplazo, etc.
  El ion-litio se degrada en 7~10 años o tras 5,000~7,000 ciclos, pero si una batería de CO2 se mantiene por más de 20 años, la menor eficiencia no sería un gran problema.
  En especial, el sistema de CO2 puede separar la potencia de salida (tamaño de la turbina) de la capacidad de almacenamiento (tamaño del tanque), así que también favorece el almacenamiento estacional.
  Aun así, decepciona que el artículo no incluya datos sobre cómo cambia la eficiencia según la duración de la descarga.
  • Este sistema usa el ambiente como sumidero térmico al comprimir y como fuente de calor al expandir.
    Si hubiera un tanque de almacenamiento de agua caliente cerca para conservar ese calor, parecería posible mejorar la eficiencia en ciclos cortos (carga de día, descarga de noche).
• En el artículo de IEEE Spectrum parece haber un error en la unidad.
  La capacidad de almacenamiento hidroeléctrico está escrita en MW, pero en realidad debería ser MWh.
  En el artículo de Bloominglobal también aparece como 100MW y 1000MW, pero eso es incorrecto como unidad de energía.
  • Se explica en detalle por qué está mal.
    La potencia (MW) no se puede almacenar; solo se puede almacenar energía (MWh).
    Por ejemplo, almacenar 1GW durante 1 día equivale a 24GWh, y casi no existen depósitos hidroeléctricos de esa escala.
    Por lo tanto, la frase correcta en el artículo debería ser algo como “varios GWh de almacenamiento, capaces de liberarse durante varios días”.
    Además, en el artículo de Bloomberg sí aparece correctamente como 1GWh de almacenamiento.
  • Como las plantas eléctricas normalmente se describen por su potencia máxima (MW), puede que el periodista se haya confundido.
    Aun así, en el segundo párrafo ya se menciona la diferencia entre MWh y MW.
  • La unidad “watt-hora (Watt-hour)” resulta confusa.
    Si 1W=1J/s, entonces surge la duda de por qué la capacidad de una batería no se expresa en joules.
    Al final Wh es J/s × h, así que la unidad se siente un poco extraña.
  • Todo el artículo de IEEE huele a folleto de ventas.
    No hay cifras de eficiencia, y también aparecen frases sin sustento como “el ion-litio solo puede almacenar entre 4 y 8 horas”.
    Tampoco explican bien por qué usan CO2 en vez de nitrógeno.
• Me pregunto si Google quiere vincular esta tecnología con la refrigeración de centros de datos.
  El almacenamiento de gas comprimido tiene muchas pérdidas térmicas, así que combinarlo con un centro de datos con alta demanda de enfriamiento podría mejorar la eficiencia.
  Incluso solo desplazar en el tiempo el consumo eléctrico de refrigeración ya tendría valor.
  • En el diagrama de la batería de CO2 de Energy Dome se ve que usan un tanque de agua como almacenamiento térmico.
    El agua tiene poca superficie en relación con su volumen, por lo que almacena calor con buena eficiencia.
  • Si se operaran dos baterías en ciclos opuestos, una enfriando mientras la otra calienta, quizá se podría reducir el desperdicio de energía.
  • Si se instala junto a un centro de datos, incluso el calor frío que se pierde podría usarse para reducir la carga de refrigeración.
  • Al final, el calor generado durante la compresión y el que se pierde durante la expansión podrían compensarse, y a largo plazo el resultado podría ser neutro.
• Como no obtienen el CO2 de una fuente de emisiones sino que usan CO2 puro, casi no hay beneficio ambiental.
  Dicen que es 30% más barato que el ion-litio, pero las baterías de sodio ya van rumbo a ser 10 veces más baratas, así que su competitividad no queda tan clara.
  Da la impresión de que está recibiendo atención porque el momento le favorece.
  • Citando la explicación de Lambdaone, la clave de esta tecnología es el desacople entre el costo de potencia y el costo de almacenamiento (Decoupling).
    En una batería, potencia y capacidad se encarecen juntas, pero en un sistema de CO2 la capacidad puede ampliarse a bajo costo simplemente agregando más tanques.
    Por eso sería adecuada para almacenamiento de larga duración, como el traslado estacional de energía.
  • Aunque el ion-sodio baje a 10~20$/kWh, seguirían existiendo degradación, vida útil limitada y riesgo de incendio.
  • Aunque sea un poco más barato que el litio, sigue siendo mucho más caro que el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo.
    El bombeo hidroeléctrico tiene un costo inicial alto, pero costos operativos bajos durante décadas.
    Esto parece más bien una tecnología pensada para atraer inversionistas.
  • Parecen esperar que opere una economía de escala al estilo de la ley de Wright.
    Si estandarizan componentes y producen localmente, también podrían evitar aranceles.
• El artículo no da cifras de eficiencia, pero sí enfatiza que es 30% más barato.
  Considerando que el ion-litio bajó 80% de precio en la última década, esa ventaja quizá no dure mucho.
  Aun así, ojalá tenga éxito a gran escala.
  • Si la electricidad de entrada es excedente de energía renovable, la eficiencia no importa tanto.
    Al final, la clave es el CAPEX (costo de capital).
  • Puede que esa cifra solo considere el costo de fabricación.
    Si se mira el costo del ciclo de vida, la diferencia frente al ion-litio podría ser mucho mayor al 30%.
    En especial, el costo de reciclaje del ion-litio es bastante más alto.
  • Es más barato que el ion-litio, no usa recursos escasos y se podría esperar una vida útil 3 veces mayor.
  • Una eficiencia de ida y vuelta de alrededor de 75% no está mal.
    Parece que sería aún más eficiente si se combinara con un sistema distrital de calefacción y refrigeración.
  • Al final, hacen falta varias tecnologías.
    No hace falta que una sola solución resuelva todo.
• La tecnología de almacenamiento con gas comprimido se viene intentando desde hace mucho, pero esta vez parece tener más posibilidades de hacerse realidad.
  Hace recordar a la antigua startup LightSail Energy.
  Usar CO2 puro, escalar a gran tamaño y mejorar la gestión térmica parecen ser las diferencias esta vez.
• La tecnología es tan simple que parece demasiado buena para ser verdad, y eso mismo genera sospecha.
  Dicen que el costo del equipo de salida y del recipiente de almacenamiento está desacoplado, pero no publican cifras reales.
  • El CO2 es un gas fácil de manejar y con menores exigencias de presión, así que el diseño del recipiente es sencillo.
    Incluso tomando como referencia un tanque de paintball, sería más eficiente que el aire comprimido.
    Aun así, la pérdida de energía en el proceso de relicuefacción es la variable principal.
    De todos modos, si es un ciclo cerrado, las pérdidas no deberían ser muy grandes.
  • La desventaja probablemente sea una baja eficiencia de ida y vuelta.
    Cuanto más largo sea el periodo de almacenamiento, mayores podrían ser las pérdidas por enfriamiento.
    Al final, parecería que para electricidad dominarán el litio/ion-sodio, y para calor el almacenamiento en arena o tierra.
  • Incluso podría ser que el propio ciclo de refrigeración sea más útil para regular la carga de la red.
  • La pérdida de almacenamiento térmico es un problema, pero si logra 75% de eficiencia en almacenamiento de corto plazo, ya es bastante alto.
  • Incluso si el domo se rompiera, liberar 2,000 toneladas de CO2 sería equivalente a 15 vuelos de ida y vuelta entre Nueva York y Londres, algo menor.
    Al final, esta tecnología está pensada como almacenamiento complementario para energías renovables.
• Existe preocupación por qué pasaría si el domo se rompe y se fuga CO2.
  Con 2,000 toneladas, el volumen sería de unos 1 millón de m³, y como es más pesado que el aire, se acumularía a ras de suelo.
  Podría haber riesgo de asfixia, como en el desastre del lago Nyos.
  • El CO2 provoca una respuesta hipercápnica (hypercapnic response), que genera una sensación inmediata de malestar y hace que la gente se aleje.
    Es menos peligroso que gases inertes como el argón, pero una fuga masiva aún podría ser letal.
  • También se aborda en la parte final del artículo.
    Incluso si el domo explotara, la emisión sería equivalente a unas 15 rutas aéreas transatlánticas, y a 70 m de distancia sería seguro.
    No sería un desastre al nivel de Bhopal.
  • La empresa dice que diseñó el sistema con una distancia de seguridad de 70 m.
    Incluso si se dañara por un huracán, el viento dispersaría el CO2, y detectores de fuga junto con máscaras de oxígeno podrían reducir el riesgo.
  • En Lake Nyos se liberaron 200,000 toneladas de una sola vez, así que estas 2,000 toneladas serían mucho menos y además de forma más gradual.
  • Es menos peligroso y no tiene riesgo de explosión comparado con un depósito de gas natural.
• Se comparte una experiencia personal con energía solar residencial.
  Dos paneles de 960W cuestan $400, pero el Anker Solix 3800 (3.8kWh) para almacenamiento cuesta $2400, así que el costo del almacenamiento es mucho más alto.
  Si el costo del almacenamiento baja, sería posible la autosuficiencia eléctrica a nivel doméstico en países en desarrollo.
  • Hay muchas opciones mucho más baratas que Anker.
    Por ejemplo, una configuración de 10kWh cuesta entre $2,690~3,300, y si se arma DIY puede bajar de $2,000.
  • En el sitio de Will Prowse se puede ver una lista actualizada de baterías recomendadas.
    Incluso se pueden comprar baterías tipo server rack de 5kWh por menos de $1,000.
  • Ejemplo de cotización en Filipinas: batería de 15kWh + set de 16 paneles por unos $5,275.
    En EE.UU. el problema son la regulación y el mercado de instalación de alto costo.
  • Resulta raro que el precio de Anker sea más alto que el de una batería de automóvil (84kWh).
  • Las baterías grandes, a escala MWh, rondan los 160 euros/kWh, con precio que ya incluye la instalación.
• Se compara con el almacenamiento gravitacional de energía que eleva bloques de concreto para guardar energía.
  • También se menciona en el artículo: “se han intentado métodos como suspender objetos pesados en el aire y luego dejarlos caer, pero por limitaciones geológicas y baja eficiencia ha sido difícil comercializarlos”.
  • Al final, solo logran una eficiencia comparable a la del bombeo hidroeléctrico pequeño.
    Si se piensa en la masa y el volumen de agua de un gran embalse, la diferencia de escala es enorme.