¿Los combustibles metálicos como almacenamiento de energía del futuro? Cuando el aluminio y el hierro superen al hidrógeno.

¿La solución al déficit de electricidad en invierno? Los investigadores están creando la batería del futuro a partir de polvo metálico: un litro de hierro proporciona 8 horas de energía: la revolución olvidada en el almacenamiento de energía.

La transición energética se enfrenta a un desafío paradójico: si bien las centrales solares generan un excedente de electricidad limpia en verano, parte de la cual no se utiliza, una importante escasez de electricidad amenaza con ocurrir durante los oscuros y fríos meses de invierno. Este desequilibrio estacional es uno de los obstáculos más persistentes en el camino hacia la neutralidad climática y sigue obligando a Europa a una costosa dependencia de las importaciones de combustibles fósiles. Si bien el debate público suele centrarse en el hidrógeno como panacea, una alternativa potencialmente superior está madurando en la sombra de la investigación: el almacenamiento de energía en combustibles metálicos como el aluminio y el hierro.

Esta idea, aparentemente inusual, tras un análisis más detallado, se revela como una solución ingeniosamente simple y robusta. El principio se basa en un ciclo químico reversible: el excedente de electricidad generado durante el verano se utiliza para reducir óxidos metálicos a metales puros, que actúan como portadores de energía extremadamente densos y seguros. Cuando se necesitan, estos metales reaccionan de forma controlada con agua, liberando simultáneamente calor útil e hidrógeno, que luego se convierte de nuevo en electricidad.

Las ventajas físicas son asombrosas: un litro de aluminio almacena aproximadamente 23 veces más energía por volumen que el hidrógeno altamente comprimido. El polvo o los gránulos metálicos pueden almacenarse y transportarse de forma segura a temperatura ambiente y presión normal, sin necesidad de costosos tanques de alta presión ni refrigeración criogénica. Esto significa que los combustibles metálicos no solo podrían revolucionar el almacenamiento estacional de energía para edificios e industria, sino también reorganizar los flujos energéticos globales y allanar el camino para que Europa supere su dependencia energética geopolítica. Los proyectos piloto en Suiza y Alemania ya demuestran que esta tecnología es mucho más que una simple idea de laboratorio: podría convertirse en el componente crucial, hasta ahora faltante, para un suministro de energía seguro y totalmente renovable.

Adecuado para:

• Investigación OST – Universidad de Ciencias Aplicadas de Suiza Oriental | Combustibles metálicos como portadores y proveedores de energía

Un golpe de genio suizo: cómo un discreto granulado metálico podría acabar con nuestra dependencia energética.

El desafío del almacenamiento estacional de energía es uno de los problemas más persistentes de la transición energética. Si bien el excedente de electricidad fotovoltaica en verano en Europa aumenta constantemente, precisamente esta energía escasea durante los oscuros meses de invierno. Los combustibles metálicos como el aluminio y el hierro prometen una solución superior al hidrógeno, más extendido, en parámetros cruciales y podrían transformar radicalmente el sector energético.

Europa se enfrenta a un desafío energético fundamental. Solo Suiza prevé un déficit de electricidad invernal de entre ocho y diez teravatios-hora para 2050, a pesar de la expansión masiva de la energía fotovoltaica. Alemania y toda la Unión Europea lidian con un problema estructural similar. Si bien la generación de energía solar crea excedentes en verano, parte de los cuales deben reducirse, existe una escasez evidente en invierno. Esta discrepancia estacional se agrava con cada panel solar adicional instalado en los tejados y espacios abiertos de Europa. Al mismo tiempo, la creciente electrificación de la calefacción y el transporte hace que la demanda de electricidad, especialmente durante los meses más fríos, sea aún más crítica.

La dependencia energética de Europa de las importaciones de combustibles fósiles pone de manifiesto la urgente necesidad de soluciones de almacenamiento sostenibles. Alemania exporta entre 80.000 y 130.000 millones de euros anuales para carbón, petróleo y gas, mientras que la Unión Europea en su conjunto exporta más de 300.000 millones de euros. Estas enormes sumas salen del país en lugar de invertirse en infraestructuras nacionales y tecnologías futuras. Además, las convulsiones geopolíticas de los últimos años han demostrado dolorosamente los riesgos asociados a esta dependencia.

Los combustibles metálicos como el aluminio y el hierro requieren oxígeno (O₂) para liberar energía. La reacción es similar a la combustión, pero a menudo se produce en forma de oxidación, por ejemplo:

Aluminio + Oxígeno → Óxido de aluminio (Al₂O₃)

Hierro + Oxígeno → Óxido de hierro (Fe₂O₃ / Fe₃O₄)

Estas reacciones liberan mucho calor, y es precisamente esta energía la que se quiere utilizar como forma de almacenamiento.

El hidrógeno (H₂) es un portador de energía bien conocido hoy en día, pero es difícil de almacenar y transportar.

Los combustibles metálicos se consideran una alternativa porque:

◾️ son muy ricos en energía,

◾️ Fácilmente transportable (sólido, no volátil),

◾️ son reutilizables: los óxidos se pueden reciclar y reducir de nuevo a metal, a menudo utilizando electricidad renovable.

Algunos conceptos incluso utilizan hidrógeno para convertir el metal oxidado de nuevo en metal puro.

La física del almacenamiento de energía metálica

El principio básico de los combustibles metálicos se basa en una elegante reversibilidad química. Metales como el aluminio, el hierro o el silicio pueden cargarse con energía eléctrica mediante un proceso de reducción, durante el cual se libera oxígeno de sus óxidos. Los metales puros resultantes actúan como dispositivos de almacenamiento de energía altamente comprimidos. Cuando se necesita, este proceso se invierte. El metal reacciona con agua o vapor, produciendo hidrógeno y calor. El hidrógeno puede utilizarse en pilas de combustible para generar electricidad, mientras que el calor puede utilizarse directamente en sistemas de calefacción.

La densidad energética distingue fundamentalmente los combustibles metálicos de las alternativas gaseosas. El aluminio alcanza una densidad energética teórica de más de ocho kilovatios-hora por kilogramo y una densidad volumétrica de más de veintitrés kilovatios-hora por litro. Incluso el hidrógeno comprimido a alta presión (700 bares) alcanza solo alrededor de un kilovatio-hora por litro en volumen. Un litro de hierro podría abastecer de energía a un hogar alemán promedio durante más de ocho horas, mientras que un litro de hidrógeno altamente comprimido no duraría ni una hora.

Estas propiedades físicas tienen importantes consecuencias prácticas. Los polvos o gránulos metálicos pueden almacenarse y transportarse a temperatura ambiente y presión normal. No se requieren ni costosos tanques de alta presión ni complejas tecnologías de refrigeración. Los requisitos de seguridad son comparables a los de los materiales convencionales a granel. El uso de gránulos de mayor tamaño evita los riesgos de explosión, como los asociados al polvo metálico fino. El Instituto Suizo SPF de Tecnología Solar de OST, por ejemplo, trabaja con gránulos de alambre de aluminio 6060, que están disponibles comercialmente y no requieren precauciones de seguridad especiales.

Una comparación de los candidatos de materiales

El aluminio se considera el candidato más prometedor entre los combustibles metálicos. Con una alta densidad energética, teóricamente superior a ocho kilovatios-hora por kilogramo, supera significativamente a todos los demás metales no tóxicos. Al reaccionar con el agua, libera aproximadamente el cincuenta por ciento de la energía almacenada en forma de calor y el cincuenta por ciento restante en forma de hidrógeno. Este último puede convertirse en electricidad en una pila de combustible con una eficiencia del cincuenta por ciento, lo que resulta en una proporción global de aproximadamente setenta y cinco por ciento de calor y veinticinco por ciento de electricidad. Esta combinación es ideal para los sistemas energéticos de edificios, donde la demanda de calor suele ser predominante.

El desafío del aluminio radica en su producción, que requiere un alto consumo energético. Se necesitan aproximadamente entre trece y diecisiete kilovatios-hora de energía eléctrica por kilogramo de aluminio primario. El uso de energía generada con carbón en este proceso produce hasta veinte kilogramos de dióxido de carbono por kilogramo de aluminio. Incluso con el uso de energías renovables, el proceso convencional de Hall-Héroult sigue liberando alrededor de una tonelada y media de dióxido de carbono por tonelada de aluminio, debido al consumo de los ánodos de carbono, que reaccionan para formar dióxido de carbono.

Aquí es donde entra en juego la innovación. En el proyecto de investigación europeo REVEAL, científicos liderados por OST están desarrollando un proceso de producción de aluminio completamente libre de dióxido de carbono mediante el uso de los denominados ánodos inertes. Estos ánodos constan de aleaciones metálicas que no se consumen durante el proceso de electrólisis y liberan oxígeno puro en lugar de dióxido de carbono. El socio islandés IceTec trabaja en paralelo en la implementación industrial de esta tecnología, utilizando energía geotérmica e hidroeléctrica fácilmente disponible. Empresas alemanas como Trimet también impulsan el desarrollo y ya han puesto en marcha plantas piloto.

El hierro se presenta como una alternativa pragmática. Con una densidad energética de aproximadamente 0,2 a 0,3 kilovatios-hora por kilogramo, es significativamente menor que la del aluminio, pero sigue siendo competitivo con muchas otras tecnologías de almacenamiento. La ventaja decisiva del hierro reside en su disponibilidad y bajo coste. Al ser el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, el mineral de hierro está disponible en cantidades prácticamente ilimitadas sin afectar sustancialmente los precios del mercado mundial.

La reacción del hierro con el agua produce muy poco calor. Toda la energía almacenada se transfiere al hidrógeno producido, que luego puede convertirse en electricidad con una eficiencia cercana al cincuenta por ciento. Esta relación hace que el hierro sea particularmente atractivo para aplicaciones donde la demanda de electricidad es primordial. El grupo de investigación dirigido por el profesor Wendelin Stark en la ETH de Zúrich opera una planta piloto en el campus de Hönggerberg que almacena hidrógeno estacionalmente utilizando óxido de hierro. Se considera que esta tecnología es aproximadamente diez veces más económica que el almacenamiento convencional de hidrógeno.

La reducción directa con hidrógeno verde ya está industrializada para la producción de hierro. Empresas como ArcelorMittal y thyssenkrupp trabajan en la transición a la producción de acero a base de hidrógeno. Esta tecnología puede utilizarse directamente para el almacenamiento de energía. Su nivel de madurez se sitúa entre seis y siete en una escala de nueve, acercándose así a su comercialización. Las plantas pueden operar a presión normal y a unos 800 grados Celsius, lo que limita su complejidad técnica.

El silicio representa una tercera opción. Combina una alta densidad energética, similar a la del aluminio, con una buena disponibilidad. Al ser el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno, prácticamente no existen limitaciones de recursos. La tecnología de producción está bien establecida gracias a la industria solar. Sin embargo, la investigación sobre el silicio como medio de almacenamiento de energía está menos avanzada que la del aluminio y el hierro. La Universidad Técnica de Darmstadt está investigando el silicio en el marco del proyecto A-STEAM, pero probablemente pasarán varios años antes de que se utilice en aplicaciones industriales.

La economía de la transformación

La viabilidad económica de los combustibles metálicos depende fundamentalmente de los costes de producción de la extracción de metales sin emisiones de carbono. Con el precio convencional del aluminio, de aproximadamente 2650 dólares por tonelada, se generarían costes adicionales de unos 400 dólares en 2035 si se implementara industrialmente la tecnología de ánodos inertes. A largo plazo, se prevé que los costes se estabilicen en el nivel de 2020, si bien con una prima de aproximadamente 300 dólares en comparación con una hipotética continuación de la producción convencional.

Estos costos adicionales, sin embargo, se contextualizan dentro del marco general. Se estima que las inversiones en la descarbonización de la industria del aluminio ascienden a alrededor de un billón de dólares, de los cuales aproximadamente la mitad se destina a proporcionar energía con bajas emisiones. Se han presupuestado doscientos mil millones de dólares para ánodos de bajas emisiones de carbono. Pero estas inversiones, a su vez, sientan las bases para un mercado de almacenamiento de energía completamente nuevo que va mucho más allá del uso tradicional del aluminio.

La eficiencia global de la conversión de electricidad renovable en electricidad y calor mediante almacenamiento metálico oscila entre el cincuenta y el sesenta por ciento para los tres metales. Este valor inicialmente parece bajo en comparación con las baterías de iones de litio, cuya eficiencia se sitúa entre el ochenta y cinco y el noventa y cinco por ciento. Sin embargo, deben considerarse varios factores en la evaluación. En primer lugar, la comparación solo es relevante para aplicaciones con duraciones de almacenamiento similares. Las baterías son adecuadas para periodos de horas a pocos días, mientras que los combustibles metálicos lo son para meses o años. El coste por kilovatio-hora almacenado aumenta drásticamente en las baterías a medida que aumenta la duración del almacenamiento, ya que los costes de inversión se distribuyen entre un menor número de ciclos.

En segundo lugar, debe considerarse el calor como una fuente de energía totalmente aprovechable. En edificios con necesidades de calefacción, un sistema con un 75 % de calor y un 25 % de electricidad resulta potencialmente más idóneo que la electricidad pura, que primero debe transformarse mediante una bomba de calor. Los investigadores suizos prevén un coste de electricidad y calefacción de unos 20 céntimos por kilovatio-hora en invierno con sistemas de almacenamiento de aluminio. Esto sería competitivo con muchas otras opciones de suministro energético alternativo.

La conversión de energía eléctrica en gas con hidrógeno alcanza una eficiencia de tan solo entre el 30 y el 40 % al reconvertirla simplemente en electricidad sin aprovechar el calor. Con la metanización, esta eficiencia se reduce a alrededor del 33 %. Únicamente con una cogeneración optimizada y un aprovechamiento constante del calor residual se pueden lograr eficiencias superiores al 80 %, basadas en el poder calorífico superior. Sin embargo, en la práctica, estos valores rara vez se alcanzan. Además, el almacenamiento y el transporte de hidrógeno implican costes considerables. Las cavernas subterráneas de sal solo son viables en ubicaciones geológicamente adecuadas. Para países como Suiza, que carecen de estas formaciones, las únicas opciones disponibles son los costosos tanques en superficie o las importaciones.

Los costes de almacenamiento de las distintas tecnologías varían considerablemente. Los sistemas de almacenamiento estacional de energía térmica cuestan entre 25 y 400 francos suizos por megavatio-hora de energía almacenada. En el caso de la energía eléctrica, los costes de las centrales hidroeléctricas de bombeo rondan los 100 francos por megavatio-hora, pero se multiplican por más de diez en el caso de otros sistemas de almacenamiento estacional. Las baterías de iones de litio cuestan actualmente entre 400 y 1000 euros por kilovatio-hora de capacidad de almacenamiento. Si bien estos precios han disminuido drásticamente, siguen siendo prohibitivos para el almacenamiento estacional.

Las centrales hidroeléctricas de bombeo funcionan excepcionalmente bien para ciclos diarios y semanales, alcanzando eficiencias del 70 al 85 por ciento. Sin embargo, para el almacenamiento estacional con un solo ciclo al año, los costos se elevan a más de dos euros por kilovatio-hora de electricidad adicional. Las limitaciones geográficas de las ubicaciones adecuadas restringen aún más el potencial de expansión. En una economía totalmente basada en energías renovables, las capacidades de almacenamiento por bombeo existentes serían insuficientes.

Integración de sistemas y acoplamiento sectorial

La fortaleza de los combustibles metálicos reside en su perfecta integración en el concepto de acoplamiento sectorial. Este término describe la vinculación de los sectores tradicionalmente separados de electricidad, calefacción y movilidad. Si bien la transición a las energías renovables en el sector eléctrico está ya muy avanzada, el suministro de calefacción y el transporte siguen dependiendo en gran medida de los combustibles fósiles. Europa gasta más de trescientos mil millones de euros anuales en importaciones de carbón, petróleo y gas, dinero que se pierde para su propia economía.

Los combustibles metálicos permiten una integración flexible entre sectores. En verano, el excedente de electricidad fotovoltaica se utiliza para reducir óxidos metálicos. El metal resultante se almacena. En invierno, se produce la oxidación, generando calor e hidrógeno. El calor fluye directamente al sistema de calefacción, idealmente acoplado a una bomba de calor, lo que aumenta la eficiencia a temperaturas más suaves. El hidrógeno se convierte en electricidad en una pila de combustible, y el calor residual de este proceso se reincorpora al sistema de calefacción.

Esta combinación aborda con precisión el problema central de los sistemas energéticos europeos. En Alemania, la demanda de calefacción representa aproximadamente la mitad del consumo energético final total. Una parte significativa de este consumo se concentra en los meses de invierno. Un sistema de almacenamiento que suministra principalmente calor y, a la vez, genera cantidades sustanciales de electricidad, satisface perfectamente este perfil de demanda. La Universidad de Ciencias Aplicadas y Artes de Lucerna ha calculado que un aislamiento térmico uniforme en los edificios residenciales, combinado con bombas de calor, podría eliminar prácticamente el déficit de electricidad invernal en Suiza. Junto con sistemas de almacenamiento metálicos, dicho sistema aprovecharía de forma óptima el excedente de electricidad durante el verano y garantizaría un suministro fiable en invierno.

Según el modelo de los investigadores suizos, equipar todos los edificios multifamiliares con sistemas de almacenamiento de energía metálicos podría reducir significativamente el déficit eléctrico previsto para el invierno de 2050, estimado en ocho teravatios-hora. Equipar tan solo la mitad de los edificios multifamiliares aportaría varios teravatios-hora. La estructura descentralizada de esta solución evita costosas medidas de expansión de la red eléctrica y aumenta la seguridad del suministro mediante la redundancia.

Se vislumbran nuevas perspectivas para aplicaciones industriales. El calor de proceso representa una parte significativa de la demanda energética industrial. La electrificación directa mediante bombas de calor, calderas de electrodos o calentamiento por resistencia es técnicamente viable y ya está disponible para numerosos rangos de temperatura. Sin embargo, los combustibles metálicos pueden ofrecer una solución, especialmente para procesos de alta temperatura y para la estabilidad de la carga base. La combustión de polvo de hierro puede alcanzar temperaturas superiores a los 1800 grados Celsius, suficientes para muchos procesos industriales.

Las centrales eléctricas de carbón reconvertidas podrían funcionar con polvos metálicos. La infraestructura existente para la combustión, la circulación de vapor y la generación de energía podría aprovecharse en gran medida. El óxido metálico resultante se recogería y transportaría a instalaciones con abundante energía renovable para su reducción. Este enfoque permitiría utilizar las instalaciones existentes, preservar empleos y, a la vez, contribuir a la descarbonización. La Universidad Técnica de Darmstadt está investigando este concepto en el marco de su Iniciativa Círculos Limpios.

Nuestra experiencia en la UE y Alemania en desarrollo empresarial, ventas y marketing - Imagen: Xpert.Digital

Enfoque industrial: B2B, digitalización (de IA a XR), ingeniería mecánica, logística, energías renovables e industria.

Más sobre esto aquí:

• Centro de negocios Xpert

Un centro temático con conocimientos y experiencia:

• Plataforma de conocimiento sobre la economía global y regional, la innovación y las tendencias específicas de la industria.
• Recopilación de análisis, impulsos e información de fondo de nuestras áreas de enfoque
• Un lugar para la experiencia y la información sobre los avances actuales en negocios y tecnología.
• Centro temático para empresas que desean aprender sobre mercados, digitalización e innovaciones industriales.

Madurez tecnológica y perspectivas de desarrollo

El grado de madurez tecnológica de los distintos componentes varía considerablemente. La oxidación de metales para la liberación de energía se conoce desde hace tiempo y ya se utiliza en aplicaciones especializadas. Las partículas de aluminio y hierro se emplean en los cohetes Ariane, fuegos artificiales y otras aplicaciones pirotécnicas. Por lo tanto, los procesos químicos fundamentales están bien dominados y comprendidos.

La reacción controlada con agua o vapor a temperaturas moderadas para la producción de calor e hidrógeno se encuentra actualmente en fase piloto. El Instituto SPF de Tecnología Solar en Rapperswil ha encargado un prototipo desarrollado en el marco del proyecto REVEAL. Una vez operativo, este prototipo demostrará cómo se puede producir calor y electricidad para edificios a partir de aluminio mediante procesos químicos. La energía producida se puede utilizar para abastecer de energía a edificios e instalaciones industriales o inyectarse en redes de calefacción urbana.

La ETH de Zúrich opera una planta piloto de almacenamiento de hidrógeno a base de hierro en su campus de Hönggerberg. Tres tanques de acero inoxidable, cada uno con capacidad para 600 kilogramos de óxido de hierro, pueden almacenar aproximadamente diez megavatios-hora de hidrógeno a largo plazo. Esto genera entre cuatro y seis megavatios-hora de electricidad, según la tecnología de conversión. La planta está en funcionamiento desde 2024 y está previsto que se amplíe para 2026 con el fin de cubrir una quinta parte de las necesidades eléctricas invernales del campus mediante energía solar almacenada estacionalmente. Ampliar la capacidad a mil toneladas de óxido de hierro podría generar dos gigavatios-hora de electricidad, lo que equivale a una décima parte de la capacidad de la central hidroeléctrica de bombeo de Nant de Drance.

El mayor desafío tecnológico reside en la producción de metales libres de carbono. En el caso del hierro, la reducción directa mediante hidrógeno verde ya se ha probado industrialmente. Varias siderúrgicas están construyendo plantas piloto y planean una transición gradual entre 2030 y 2040. La tecnología tiene un nivel de madurez de aproximadamente siete u ocho en una escala de nueve y, por lo tanto, está próxima a su comercialización.

La tecnología de ánodos inertes está a punto de revolucionar la industria del aluminio. Trimet, en Essen, opera una planta piloto en condiciones de producción desde 2024. La empresa prevé su implementación industrial para 2040 y la neutralidad climática para 2045. Corporaciones internacionales como Norsk Hydro y Rio Tinto también están invirtiendo fuertemente en esta tecnología. Apple ya ha adquirido el primer envío de aluminio de una planta piloto con ánodos inertes para su uso en teléfonos inteligentes. Esto demuestra el interés comercial y la credibilidad de la tecnología.

La escala sigue siendo un factor crítico. La producción mundial anual de aluminio ronda los setenta millones de toneladas, mientras que la de acero se acerca a los dos mil millones. Se requeriría capacidad de producción adicional para contribuir significativamente al almacenamiento estacional de energía. Sin embargo, esto no necesariamente desestabilizaría los mercados de materias primas. El aluminio y el hierro se encuentran entre los elementos más abundantes de la corteza terrestre. Sus recursos son prácticamente ilimitados. La producción estaría limitada principalmente por la disponibilidad de energía renovable asequible.

Aquí reside precisamente una oportunidad crucial. Las regiones con excelentes condiciones para las energías renovables, pero con baja demanda local, podrían convertirse en productoras de metales. Islandia, con su energía geotérmica e hidroeléctrica; el norte de África, con su intensa radiación solar; o la Patagonia, con sus recursos eólicos, podrían producir metales para la exportación a gran escala. El transporte es sencillo y seguro. Los buques portacontenedores pueden transportar gránulos metálicos en condiciones normales, sin los riesgos ni los costes asociados al hidrógeno líquido o al gas natural licuado.

Repensando los flujos energéticos globales

La internacionalización del suministro energético mediante portadores metálicos alteraría radicalmente los flujos comerciales mundiales. Europa gasta más de trescientos mil millones de euros anuales en importaciones de combustibles fósiles. Tan solo Alemania gasta entre ochenta y ciento treinta mil millones de euros. Estas enormes sumas se destinan principalmente a países con regímenes autoritarios cuyas políticas a menudo contradicen los valores europeos. Financiar estas importaciones contribuye a la inestabilidad geopolítica y hace vulnerable a Europa al chantaje, como han demostrado dolorosamente las recientes crisis energéticas.

Una transición hacia portadores de energía metálicos podría resolver estas dependencias y, al mismo tiempo, propiciar nuevas alianzas. Los países con abundantes recursos renovables pero escasa industrialización interna obtendrían una valiosa perspectiva exportadora. Marruecos, con su potencial solar; Chile, con su capacidad eólica y geotérmica; o Australia, con su vasta extensión territorial apta para energías renovables, podrían convertirse en productores de metales. Estos países son predominantemente democracias y comparten valores fundamentales con Europa. De este modo, las importaciones de energía contribuirían a la financiación del desarrollo en lugar de apoyar a las autocracias.

La economía circular de los combustibles metálicos difiere fundamentalmente de la de los combustibles fósiles. El carbón, el petróleo y el gas se queman irreversiblemente y se convierten en gases de efecto invernadero. Los metales, en cambio, circulan en un circuito cerrado. El metal oxidado se transporta de vuelta a la planta de reducción y se recarga. Este ciclo, en teoría, puede repetirse un número ilimitado de veces sin pérdida ni degradación del material. Investigadores de la ETH de Zúrich incluso han observado que la capacidad de almacenamiento de sus reactores de hierro aumenta ligeramente con cada ciclo.

Este enfoque circular tiene amplias implicaciones económicas. La inversión en la producción de metales se amortiza a lo largo de numerosos ciclos. A diferencia de las baterías, cuya capacidad disminuye con cada ciclo, los sistemas de almacenamiento metálicos permanecen utilizables indefinidamente. Si bien las inversiones iniciales en plantas de reducción y oxidación, así como en el propio metal, pueden ser considerables, con el paso de las décadas los costes por kilovatio-hora almacenado se vuelven competitivos.

Los cálculos del modelo de los investigadores suizos parten de un coste aproximado de veinte céntimos por kilovatio-hora para la electricidad y el calor generados por un sistema de almacenamiento de aluminio. Esto se ajusta a los costes de producción de las energías renovables y es significativamente inferior a los costes de la electricidad para cubrir la demanda máxima durante los meses de invierno. Se prevé que, con el aumento de la madurez tecnológica y la ampliación de escala, los costes disminuyan aún más. La historia de la energía fotovoltaica y eólica demuestra cómo las reducciones de costes pueden ser drásticas gracias a los efectos de la curva de aprendizaje.

Riesgos y desafíos

A pesar de su prometedor potencial, persisten importantes desafíos y riesgos. El desarrollo tecnológico aún no está completo. En particular, la producción de aluminio sin dióxido de carbono mediante ánodos inertes apenas comienza su transición a la implementación industrial. Numerosos intentos previos por establecer esta tecnología han fracasado. El ánodo inerte tiene fama de estar siempre a punto de completarse, sin llegar nunca a lograr un avance significativo.

El aumento de los costes de electricidad supone un problema. Los ánodos inertes no solo no emiten dióxido de carbono, sino que tampoco proporcionan la energía necesaria para el proceso, a diferencia de los ánodos de carbono. Por consiguiente, la demanda de electricidad por tonelada de aluminio aumenta. Con los ya elevados costes energéticos en Europa, esto podría mermar la competitividad. La producción de aluminio podría trasladarse aún más a regiones con energía especialmente barata, mientras que Europa se convertiría en un mero importador.

La competencia por las energías renovables se intensifica. Numerosos sectores apuestan por la electrificación. La industria necesita hidrógeno verde para los procesos químicos y la producción de acero. El transporte se electrifica con millones de vehículos eléctricos. Las infraestructuras digitales, con sus centros de datos, consumen cada vez más electricidad. En este entorno competitivo, las soluciones de almacenamiento metálico aún deben demostrar su superioridad económica.

Los requisitos de infraestructura son considerables. Se necesitarían millones de sistemas de almacenamiento descentralizados o grandes instalaciones centralizadas para contribuir significativamente al suministro de energía durante el invierno. La construcción de esta infraestructura requiere tiempo, capital y voluntad política. Los periodos de amortización de dichos sistemas podrían extenderse a décadas, lo que podría disuadir a los inversores privados. Probablemente serían necesarios subsidios gubernamentales e incentivos regulatorios.

Es fundamental analizar críticamente el impacto ambiental de la producción de metales, que se ha expandido enormemente. Incluso si el proceso de producción es neutro en carbono, consume cantidades ingentes de electricidad. Esta electricidad, además de todas las demás necesidades energéticas, debe provenir de fuentes renovables. La superficie necesaria para las centrales eólicas y solares requeridas es considerable. Asimismo, la extracción de bauxita para la producción de aluminio exige una minería a gran escala, con sus correspondientes consecuencias ecológicas y sociales.

La aceptación pública de las nuevas tecnologías energéticas es frágil. Toda planta industrial de gran envergadura encuentra resistencia local. La construcción de aerogeneradores, parques solares y líneas eléctricas se retrasa o se ve obstaculizada con frecuencia por iniciativas ciudadanas. Las plantas de reducción de metales, que operan a altas temperaturas y consumen grandes cantidades de electricidad, podrían enfrentarse a una resistencia similar. Es fundamental una comunicación transparente sobre los beneficios, los riesgos y los impactos ambientales.

Perspectivas estratégicas para Europa

Para Europa, el desarrollo de combustibles metálicos representa una oportunidad estratégica para consolidar su liderazgo tecnológico en el mercado del futuro. Las instituciones de investigación suizas y alemanas se encuentran entre las más prestigiosas del mundo en este campo. El proyecto REVEAL reúne a socios europeos líderes. La experiencia industrial en metalurgia, ingeniería de procesos químicos e integración de sistemas energéticos está ampliamente disponible en Europa.

Una estrategia europea coordinada podría incluir varios elementos. En primer lugar, continuar e intensificar la financiación para la investigación. Las inversiones anteriores han permitido avances considerables. Ampliar la financiación consolidaría la ventaja tecnológica. En segundo lugar, crear incentivos regulatorios para la entrada en el mercado. Las tarifas de incentivo o las subvenciones a la inversión podrían motivar a los primeros en adoptar nuevas tecnologías.

En tercer lugar, la integración en la estrategia europea de infraestructuras energéticas. Las redes de hidrógeno previstas podrían ampliarse para dar cabida también a portadores de energía metálicos. La infraestructura de gas existente podría reutilizarse parcialmente. En cuarto lugar, la cooperación internacional con países que ofrecen condiciones idóneas para la producción de metales. Las alianzas para el desarrollo con países del norte de África, las inversiones en la capacidad productiva de Sudamérica o la transferencia de tecnología a Asia podrían generar situaciones beneficiosas para todos.

No debe subestimarse la dimensión geopolítica. Una menor dependencia de las importaciones de combustibles fósiles aumenta significativamente la libertad de acción política de Europa. La capacidad de garantizar el suministro energético en invierno a partir de fuentes nacionales o internacionales fiables refuerza la resiliencia frente a crisis externas. La diversificación de las fuentes y cadenas de suministro energético reduce el riesgo de chantaje por parte de regímenes autoritarios.

Al mismo tiempo, surgen nuevas dependencias. Europa podría llegar a depender de las importaciones de metales, de forma similar a su actual dependencia de los combustibles fósiles. La diferencia radica en la reversibilidad y la circularidad de los metales, que pueden reciclarse y reutilizarse. Esto evita la escasez existencial que se observa con los recursos fósiles finitos. Además, la producción podría, en principio, ubicarse dentro de Europa, siempre que se disponga de energía renovable suficiente y asequible.

El futuro del almacenamiento de energía

Los combustibles metálicos no serán la única solución a los retos de la transición energética. Más bien, formarán parte de una cartera diversificada de tecnologías de almacenamiento. Las baterías de iones de litio mantendrán su eficacia a corto plazo, en el rango de horas a días. Las centrales hidroeléctricas de bombeo seguirán siendo indispensables para la estabilización de la red y el equilibrio de las fluctuaciones diarias y semanales. El hidrógeno será necesario en la industria como gas de proceso y agente reductor.

Los combustibles metálicos tienen un nicho específico en el almacenamiento estacional a largo plazo, principalmente para el suministro de calor. En este ámbito, combinan las ventajas de una alta densidad energética, facilidad de manejo, materias primas económicas y una buena integración sectorial. Esta combinación los hace superiores a otras tecnologías. El desarrollo futuro determinará si estas ventajas teóricas pueden materializarse en la práctica y con qué rapidez.

Los próximos años serán cruciales. Varias plantas piloto están actualmente en funcionamiento o en construcción. La experiencia adquirida con estos proyectos revelará si se cumplen las expectativas técnicas y económicas. El desarrollo de la tecnología de ánodos inertes determinará si la producción de aluminio sin dióxido de carbono será realmente posible a gran escala. La disposición de la industria y los responsables políticos a invertir en esta tecnología definirá el cronograma.

La integración de sistemas de almacenamiento metálico en los sistemas energéticos existentes exige no solo innovación tecnológica, sino también regulatoria y de mercado. Es necesario desarrollar nuevos modelos de negocio que consideren las características específicas del almacenamiento metálico. Para garantizar la seguridad de las inversiones, se requieren contratos a largo plazo entre productores, operadores de almacenamiento y proveedores de energía. La evaluación de los beneficios climáticos y energéticos debe reflejarse en precios de mercado adecuados o en mecanismos de apoyo.

El debate público sobre el almacenamiento de energía debe ampliarse. Durante demasiado tiempo, la discusión se ha centrado exclusivamente en el hidrógeno como supuesta solución universal. La realidad es más compleja. Las distintas aplicaciones requieren soluciones distintas. Los combustibles metálicos merecen un lugar destacado en este panorama. Sus ventajas son demasiado significativas para ignorarlas. Su potencial es demasiado grande para permanecer sin explotar.

La transformación del sistema energético es uno de los mayores desafíos tecnológicos y económicos de este siglo. Requiere valentía para innovar, voluntad de invertir y apertura a nuevas soluciones. Los combustibles metálicos ofrecen una de estas soluciones. Son mucho más que una curiosidad de laboratorio. Podrían revolucionar el almacenamiento estacional de energía, ser clave para solucionar el déficit de electricidad invernal y abrir el camino hacia la independencia energética. Constituyen una alternativa que no reemplaza al hidrógeno, sino que lo complementa eficazmente y lo supera en algunas aplicaciones. Su desarrollo merece atención, apoyo y un análisis crítico. Los próximos años demostrarán si los combustibles metálicos cumplen sus promesas.

Benefíciese de la amplia y quíntuple experiencia de Xpert.Digital en un paquete integral de servicios | I+D, XR, RR. PP. y optimización de la visibilidad digital - Imagen: Xpert.Digital

Xpert.Digital tiene un conocimiento profundo de diversas industrias. Esto nos permite desarrollar estrategias a medida que se adaptan precisamente a los requisitos y desafíos de su segmento de mercado específico. Al analizar continuamente las tendencias del mercado y seguir los desarrollos de la industria, podemos actuar con previsión y ofrecer soluciones innovadoras. Mediante la combinación de experiencia y conocimiento generamos valor añadido y damos a nuestros clientes una ventaja competitiva decisiva.

Más sobre esto aquí:

• Utilice la experiencia quíntuple de Xpert.Digital en un solo paquete, desde sólo 500 € al mes

☑️ Nuestro idioma comercial es inglés o alemán.

☑️ NUEVO: ¡Correspondencia en tu idioma nacional!

Konrad Wolfenstein

Estaré encantado de servirle a usted y a mi equipo como asesor personal.

Puedes ponerte en contacto conmigo rellenando el formulario de contacto o simplemente llámame al +49 89 89 674 804 (Múnich) . Mi dirección de correo electrónico es: wolfenstein ∂ xpert.digital

Estoy deseando que llegue nuestro proyecto conjunto.

☑️ Apoyo a las PYMES en estrategia, consultoría, planificación e implementación.

☑️ Creación o realineamiento de la estrategia digital y digitalización

☑️ Ampliación y optimización de procesos de ventas internacionales

☑️ Plataformas comerciales B2B globales y digitales

☑️ Pionero en desarrollo empresarial / marketing / relaciones públicas / ferias comerciales