Zinc
En los últimos siete años, 110 aldeas de África y Asia han recibido energía de baterías que utilizan zinc y oxígeno, la base de un sistema de almacenamiento de energía desarrollado por NantEnergy, con sede en Arizona.
El suministro abundante de zinc, su estabilidad fundamental y su bajo coste lo convierten en una alternativa atractiva al litio, pero los esfuerzos para hacerlo comercialmente viable a escala han sido escasos. El sistema de baterías de zinc-aire de NantEnergy sustituye un segundo electrodo por uno que «respira aire», utilizando el oxígeno de la atmósfera para extraer energía del zinc.
Según un informe publicado por Lux Research, «el zinc-aire es una química muy adecuada para las microrredes, ya que proporciona una solución barata de almacenamiento de energía. Las baterías de flujo tienen dificultades para adaptarse al tamaño de una microrred típica, y las de iones de litio no compiten en coste».
Es importante destacar que NantEnergy también ha desarrollado una técnica que permite que el zinc conserve su carga durante largos periodos de tiempo, lo que resuelve el problema habitual de la reutilización limitada de las baterías de zinc y zinc-aire. Según la empresa, este método puede fabricarse localmente sin materiales raros o costosos, lo que reduce la dependencia de las importaciones y contribuye al empleo y a la economía local.
Las pilas de zinc-aire tampoco contienen compuestos tóxicos y no son altamente reactivas ni inflamables, lo que permite reciclarlas y eliminarlas con seguridad.
Sin embargo, aunque el zinc es uno de los metales más abundantes de la Tierra, utilizarlo a escala como alternativa al litio podría plantear problemas en el futuro. El profesor de química de la Universidad del Sur de California Sri Narayan declaró al New York Times: «Al ritmo actual de producción de zinc, las reservas de este metal durarán unos 25 años»
«Así que no está claro, a partir de las reservas disponibles, si tendremos suficiente zinc para soportar la enorme necesidad que supondrá la demanda de baterías a escala de red.»
Las baterías de sodio-azufre
Las baterías de sodio-azufre son otra alternativa al litio, y ya han visto un uso significativo a escala en sitios de todo el mundo.
En febrero de 2019, Abu Dhabi instaló la mayor batería de almacenamiento del mundo que hace uso de celdas de baterías de sodio-azufre. Es cinco veces mayor que la segunda batería de almacenamiento más grande, con 108 megavatios (MW)/ 648 megavatios hora (MWh).
Las baterías de sodio-azufre tienen una vida útil más larga que sus homólogas de iones de litio, con una duración de unos 15 años en comparación con los dos o tres años que se esperan de las baterías de litio. Además, el sodio y el azufre son materiales abundantes y baratos, lo que mitiga uno de los principales problemas de las baterías de litio.
Sin embargo, la manipulación tanto del sodio como del azufre entraña riesgos debido a la naturaleza volátil de ambos reactivos. El sodio líquido que entra en contacto con el agua en la atmósfera supone un riesgo importante debido a la reacción altamente exotérmica, que podría convertirse en explosiva cuando se trabaja a escala.
Las fábricas de baterías de sodio-azufre y las instalaciones que las utilizan han sido escenario de varios incendios, como el ocurrido en 2011 en la planta de Tsukuba (Japón), que hizo que el fabricante NGK suspendiera temporalmente la producción de sus baterías de sodio-azufre.
Otro inconveniente de las baterías de sodio-azufre es la elevada temperatura de funcionamiento, de 300 °C, necesaria para licuar el sodio. Estas altas temperaturas podrían dañar la membrana cerámica que separa los componentes anódicos y catódicos de la batería, y también podrían exacerbar la volatilidad de los reactivos en las baterías.
Células de combustible de hidrógeno
El hidrógeno ha sido promocionado por varias empresas energéticas como una alternativa neutra en carbono al gas natural licuado, y las células de combustible de hidrógeno también se están desarrollando como una alternativa a las tradicionales baterías de litio.
Las células de combustible de hidrógeno tienen una relación energía-peso diez veces mayor que las baterías de litio, debido al uso de hidrógeno y oxígeno como reactivos. Esto significa que las pilas de combustible de hidrógeno pueden ser más ligeras y ocupar espacios más reducidos y, al mismo tiempo, suministrar una potencia equivalente a la de las pilas de litio, lo que supone un ahorro de recursos.
El hidrógeno es extremadamente abundante en la atmósfera, lo que lo convierte en una atractiva alternativa a materiales con suministro limitado, como el litio o el zinc.
Las pilas de combustible de hidrógeno también tienen una mayor autonomía que las baterías de litio y sólo producen agua y calor como parte del proceso de producción de energía, presentando una fuente de energía eficiente y neutra en carbono en comparación con las baterías convencionales.
Aunque los procesos de fabricación de las baterías (y los dispositivos que alimentan) liberan dióxido de carbono a la atmósfera, este efecto puede mitigarse alimentando los procesos con fuentes de energía renovables. Las pilas de hidrógeno también consumen menos dióxido de carbono en su fabricación que las de litio, ya que no requieren una extracción intensiva de energía.
Sin embargo, las pilas de combustible de hidrógeno son una tecnología relativamente nueva y tienen sus propios inconvenientes.
Al igual que el sodio, el hidrógeno es muy inflamable y puede reaccionar de forma explosiva si no se maneja correctamente. Moderar la temperatura de las pilas de combustible es importante para evitar reacciones volátiles y porque las pilas de combustible necesitan agua líquida para funcionar, a diferencia del vapor o el hielo.
El almacenamiento de hidrógeno es caro y requiere mucha energía, tanto como gas como almacenado como líquido a bajas temperaturas. A pesar de su abundancia en la atmósfera, el hidrógeno también es difícil y caro de producir y transportar, sobre todo a gran escala.