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Un grupo de investigadores de la universidad australiana de Wollongong ha anunciado que la estación de bombeo de aguas residuales Bondi de Sydney Water pronto almacenará energía solar mediante el uso de 30 kWh de baterías de ion de sodio, una alternativa más económica a las baterías tradicionales de ion de litio.

Gracias a su potencial de almacenamiento de energía a bajo costo basado en materiales abundantes y no tóxicos, las baterías de iones de sodio son un área de investigación cada vez más competitiva. Sin embargo, la tecnología ha visto hasta ahora poca adopción comercial.

En un ensayo dirigido por el Instituto de Superconducción y Materiales Electrónicos (ISEM) de la Universidad de Wollongong, se pusieron en servicio paquetes de baterías de iones de sodio de 30 kWh el viernes en la estación de bombeo de aguas residuales de Sydney Water en Bondi, ubicada justo al lado de la emblemática playa de Bondi.

El sistema de generación de energía renovable que ha supuesto una inversión de $ 10,6 millones está formado por 6 kW de paneles solares, un sistema de gestión de la energía y un paquete temporal de baterías de iones de litio.

Sydney Water utilizará baterías de iones de litio durante 12 meses para probar el sistema de gestión de energía antes de pasar a las baterías de iones de sodio un año después, cuando los socios chinos realicen el envío de los primeros lotes de baterías.

“Este proyecto contará con batería de iones de sodio fabricadas a escala comercial y lista para ser lanzadas al mercado, que permitirá que el suministro de energía renovable distribuida de bajo costo se convierta en una realidad”, dijo la profesora Shi Xue Dou, directora de ISEM.

Se escogió como primer punto de prueba la estación de bombeo de Bondi al ser una instalación de gran consumo de energía que mueve enormes volúmenes diarios de aguas residuales con el fin de probar la tecnología contra cargas altamente intermitentes y pesadas de impulsos.

El sistema generará aproximadamente 8.000 kWh de energía cada año, más de lo que la estación de bombeo de Bondi requiere para satisfacer sus propias necesidades.

Este programa piloto podría ampliarse, ya que Sydney Water tiene una red de más de 780 estaciones de bombeo de aguas residuales.

ARENA ya había anunciado anteriormente en nombre del Gobierno de Australia que destinaría $ 2,7 millones en fondos para desarrollar e implementar el Proyecto baterías de iones de sodio en aplicaciones de almacenamiento de energía renovable.

“Gracias a la contribución de investigadores líderes en el mundo de la Universidad de Wollongong, estas baterías de iones de sodio relativamente baratas y confiables no están demasiado lejos, lo que potencialmente reduce nuestra dependencia del litio”, dijo el CEO de ARENA, Darren Miller.

A principios de este año, los investigadores del ISEM de la Universidad de Wollongong lograron un gran avance en el diseño de baterías de iones de sodio, ya que desarrollaron un material que no es sensible al aire y muestran una fuerte estabilidad en los ciclos.

Los científicos del Laboratorio Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los Estados Unidos han creado un dispositivo híbrido que puede producir hidrógeno a través de la división del agua y electricidad a través de la energía fotovoltaica.

Un nuevo dispositivo de fotosíntesis artificial denominado HEPV (célula fotoeléctrica y voltaica híbrida) convierte luz solar y agua en no uno, sino dos tipos de energía: hidrógeno y electricidad.

En la búsqueda de alternativas renovables abundantes a los combustibles fósiles, los científicos han tratado de recolectar la energía del sol a través de la división del agua, una técnica de fotosíntesis artificial que utiliza la luz solar para generar combustible de hidrógeno a partir del agua.

Pero los dispositivos de división de agua aún no han alcanzado su potencial porque todavía no hay un diseño para materiales con la combinación correcta de propiedades ópticas, electrónicas y químicas necesarias para que funcionen de manera eficiente.

Para evitar las limitaciones del sistema convencional de división del agua, investigadores de Berkeley Lab agregaron un contacto eléctrico adicional a la superficie posterior del componente de silicio, dando como resultado un dispositivo HPEV con dos contactos en la parte posterior en lugar de solo uno. La salida posterior adicional permitiría que la corriente se divida en dos, de modo que una parte de la corriente contribuya a la generación de combustibles solares, y el resto se pueda extraer como energía eléctrica.

Después de ejecutar una simulación para predecir si la HPEC funcionaría como fue diseñada, hicieron un prototipo para probar su teoría. “Y para nuestra sorpresa, funcionó”, asegura Gideon Segev, autor principal del estudio. “En ciencia, nunca estás realmente seguro de que todo vaya a funcionar, incluso si las simulaciones de tu computadora dicen que lo harán. Pero eso también lo hace divertido. Fue genial ver nuestros experimentos validar las predicciones de nuestras simulaciones”, comenta.

De acuerdo con sus cálculos, un generador de hidrógeno solar convencional basado en una combinación de silicio y vanadato de bismuto, un material ampliamente estudiado para la división de agua solar, generaría hidrógeno con una eficiencia solar a hidrógeno del 6,8 %. En otras palabras, de toda la energía solar incidente que golpea la superficie de una célula, el 6,8 % se almacenará en forma de combustible de hidrógeno, y todo el resto se perderá.

En contraste, las células HPEV recolectan electrones sobrantes que no contribuyen a la generación de combustible. Estos electrones residuales se usan en cambio para generar energía eléctrica, lo que resulta en un aumento dramático en la eficiencia de conversión de la energía solar en general, según indica Segev.

Por ejemplo, según los mismos cálculos, el mismo 6,8 por ciento de la energía solar se puede almacenar como combustible de hidrógeno en una célula HPEV hecha de vanadato de bismuto y silicio, y otro 13,4 % de la energía solar se puede convertir en electricidad. Esto permite una eficiencia combinada del 20,2 %, tres veces más que las células de hidrógeno solar convencionales. El artículo que describe este avance se publica en Nature Materials.

“El concepto de que los portadores de carga fotogenerados pueden dirigirse de manera controlable para producir electricidad y combustible químico brinda la oportunidad de aumentar significativamente el rendimiento de la energía invertida en los sistemas de combustibles solares”, dice el resumen del documento, “y puede adaptarse a una variedad de arquitecturas. ensamblado a partir de diferentes materiales”. Segev dice que los investigadores planean continuar su colaboración y buscar nuevas aplicaciones para el dispositivo híbrido.

En colaboración con Kia Motors, Hyundai Motors está desarrollando techos y cuerpos solares para sus vehículos eléctricos o híbridos con motor de combusión para proporcionar capacidad de carga adicional. Según el fabricante, dependiendo de los niveles de irradiación solar, la tecnología podría proporcionar un 30-60 % de carga diaria de la batería.

Hyundai Motors y Kia Motors han hecho público que planean colaborar para crear sistemas de carga solar que se integrarán en determinados vehículos de Hyundai. Según el anuncio, los desarrolladores están trabajando para instalar techos y bonetes solares que ayudarán a cargar las baterías de los coches híbridos y eléctricos. Además, la tecnología también podría aplicarse a los modelos de motores de combustión interna, para mejorar la eficiencia del combustible.

Hay tres sistemas diferentes de carga solar en desarrollo, según el grupo Hyundai Motor. La primera generación comprende un sistema de techo solar de silicona, la segunda generación será un techo panorámico semitransparente, con capacidad de generación de energía solar fotovoltaica, y en la tercera generación, la compañía trabaja para instalar una “tapa solar” liviana en el cuerpo del vehículo.

En la primera fase del proyecto, se montarán módulos solares de silicio en el techo de un modelo híbrido. Según el fabricante, el sistema podría proporcionar una carga diaria del 30 al 60 % de las baterías, dependiendo de los niveles de irradiación.

El techo panorámico semitransparente se aplicará a los vehículos con motor de combustión interna (ICE) por primera vez en el mundo, según lo anunciado por el fabricante. Al mejorar la eficiencia del combustible, ayudaría a cumplir con las regulaciones ambientales más estrictas que se esperan en muchos mercados.

Además, un sistema liviano de “tapa solar” se encuentra actualmente en fase piloto. De este modo, los módulos solares se integrarían en la estructura de la carrocería de los automóviles en el techo y el capó. Para aumentar la eficiencia del sistema de carga, los módulos están equipados con un máximo de punto de potencia (MPPT) que optimiza el voltaje y la corriente.

“En el futuro, varios tipos de tecnologías de generación de electricidad, incluido el sistema de carga solar, se conectarán a los vehículos. Esto les permitirá desarrollar desde un dispositivo pasivo que consume energía hasta una solución que genera energía de manera activa”, dijo Jeong-Gil Park, vicepresidente ejecutivo de la división de diseño de ingeniería del grupo Hyundai Motor, creador de esta tecnología. “El paradigma del propietario del vehículo cambiará de consumidor a prosumidor de energía”.

La primera generación de techos solares estará disponible en vehículos seleccionados de Hyundai a partir de 2019, según el fabricante. En febrero de 2017, Toyota fue el primero en ofrecer opciones de techos con paneles solares para modelos híbridos Prius, mientras que Fraunhofer ISE anunció en abril de ese año la integración de paneles solares en vehículos comerciales para proporcionar carga para la refrigeración, por ejemplo.