Los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison están arrojando luz sobre nuevas y prometedoras estrategias para almacenar energía solar. Los esfuerzos podrían ayudar a superar una limitación importante de la generación de energía a partir de fuentes solares, a saber, cómo mantenerse al día con la demanda de electricidad cuando se pone el sol.

"A medida que la energía renovable adquiere un papel más importante en nuestra red eléctrica, el almacenamiento y la entrega bajo demanda son fundamentales, "dice Thatcher Root, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica.

Las fuentes renovables representaron casi una cuarta parte de la generación de electricidad mundial en 2017, y la capacidad de energía solar ha estado creciendo a una tasa anual de aproximadamente el 51 por ciento durante la última década. Desafortunadamente, la demanda de electricidad de los consumidores suele alcanzar su punto máximo por la noche, mientras que la generación de energía solar es más eficiente cuando el sol está alto en el cielo durante el mediodía.

Ese desajuste es la razón por la que las plantas de energía solar necesitan mejores sistemas para almacenar energía solar, idealmente algo rentable y eficiente. La integración del almacenamiento de calor en el sistema de generación de recolección puede ser mejor que agregar baterías u otros, sistemas de almacenamiento separados.

Este enfoque puede ser especialmente útil para una tecnología de energía renovable conocida como energía solar de concentración (CSP), que actualmente se utiliza en casi 20 instalaciones en los Estados Unidos. Las plantas recolectan calor de la luz solar durante el día y aprovechan esa energía para generar vapor para alimentar una turbina para la generación de electricidad. Con algo de cuidado la energía solar recolectada durante el día puede almacenarse como energía termoquímica, almacenada en enlaces químicos, para uso nocturno.

La estudiante de posgrado y raíz Elise Gilcher, coadministrado por James Dumesic, la Cátedra Distinguida Ernest Micek en ingeniería química y biológica, están abordando el problema del almacenamiento desarrollando mejores catalizadores, materiales que aceleran las reacciones químicas sin consumirse y transformarse en nuevos productos. El trabajo también será guiado por Milton J. y A. Maude Shoemaker y el profesor de Beckwith-Bascom, Thomas Keuch, otro miembro de la facultad dentro del departamento de Ingeniería Química y Biológica que es mundialmente conocido por sus contribuciones a la investigación de catálisis.

Algunas de las plantas de CSP más nuevas utilizan sales fundidas para almacenar energía, pero los ingenieros de UW-Madison han identificado métodos más eficientes. Una opción prometedora podría ser el uso de un sistema de reformado de metano reversible, como se describe en un artículo publicado el 13 de abril, 2017, en el diario Química verde . Sus autores incluyen a Xinyue Peng (estudiante de posgrado en el laboratorio de Root), Raíz, y el profesor Vilas Distinguished Achievement y el profesor Paul A. Elfers de Ingeniería Química y Biológica Christos Maravelias.

El almacenamiento de energía termoquímica de metano depende de los catalizadores para ayudar a las reacciones utilizadas para almacenar y liberar calor, y los sistemas existentes tienen un problema importante. Tiempo extraordinario, acumulación de carbono en las superficies de los catalizadores (un proceso llamado "coquización"), haciéndolos inútiles.

"Necesitamos catalizadores que no se coquen, "dice Root.

Para abordar el problema, está trabajando para modificar químicamente los catalizadores mediante la aplicación de un recubrimiento especial anti-coquización a los catalizadores metálicos soportados mediante un proceso llamado deposición de capa atómica. El esfuerzo se inspira en investigaciones anteriores encabezadas por Keuch y Dumesic, que demostró que la deposición de la capa atómica es adecuada para catalizadores en aplicaciones de biocombustibles. Gilcher modificará los procedimientos para diferentes catalizadores que se usan más comúnmente en las plantas de reformado de metano.