Advanced and Long-Duration Energy Storage: A Review of Emerging Technologies, Applications, and Techno-Economic Assessment

La red eléctrica es un delicado acto de equilibrio. Durante décadas, dependió de grandes centrales eléctricas que podían aumentar o disminuir su producción a voluntad para coincidir con las necesidades exactas, momento a momento, de hogares y fábricas. Hoy en día, ese sistema está cambiando hacia la energía eólica y solar, que son limpias pero impredecibles. El sol no siempre brilla y el viento no siempre sopla, pero las luces deben permanecer encendidas. Esto crea un nuevo problema: necesitamos almacenar electricidad cuando es abundante y liberarla cuando es escasa. Si bien las baterías se han vuelto excelentes para retener energía durante unas pocas horas —lo suficiente para cubrir el pico de la tarde después de que el sol se pone—, tienen dificultades cuando el clima se vuelve malo durante días seguidos. Una semana nublada o un periodo de calma en el viento pueden dejar una red con baterías de corta duración vacías y vulnerable. La pregunta que enfrentan ingenieros y planificadores ya no es solo cuánto podemos almacenar, sino cuánto tiempo podemos mantenerlo allí.

Una revisión reciente realizada por investigadores de la Universidad Tecnológica de Gujarat explora esta frontera del almacenamiento de energía de larga duración. Examinaron una amplia gama de tecnologías diseñadas para retener energía durante días, semanas o incluso estaciones, yendo mucho más allá de las baterías de iones de litio que dominan el mercado actual. Los autores combinaron datos de agencias globales, informes de la industria y sus propias simulaciones por computadora para comprender qué tecnologías funcionan mejor para diferentes duraciones y cuánto podrían costar. Su trabajo revela una clara línea divisoria: mientras que las baterías familiares son la opción más económica para almacenar energía durante unas pocas horas, se vuelven prohibitivamente caras para periodos más largos. Para esas duraciones extendidas, las soluciones más prometedoras suelen ser sistemas mecánicos o químicos que utilizan materiales abundantes y baratos como el aire, el agua, el hierro o el calor, incluso si son menos eficientes al convertir la energía de ida y vuelta.

Los investigadores comenzaron mapeando el panorama del almacenamiento, desde la tecnología centenaria de la hidroeléctrica de bombeo, que utiliza la gravedad y reservorios de agua, hasta sistemas emergentes como el aire comprimido, el aire líquido y las baterías de flujo. También analizaron las baterías de aire-hierro, que almacenan energía a través de un proceso de oxidación reversible, y sistemas térmicos que mantienen el calor en ladrillos o sal fundida. Una idea clave de su análisis es que la estructura de costos de estas tecnologías cambia dependiendo de cuánto tiempo necesiten durar. Para periodos cortos, el costo es impulsado por el equipo de potencia necesario para cargar y descargar rápidamente. Pero a medida que la duración se extiende a días o semanas, el costo está dominado por el precio del propio medio de almacenamiento: el agua, el aire o el hierro. Esto significa que una tecnología que es demasiado cara para un turno de cuatro horas puede convertirse en la opción más barata para un turno de cien horas simplemente porque su material de almacenamiento es tan económico.

Para probar estas ideas, los autores construyeron un modelo para calcular el costo nivelado del almacenamiento, que representa el precio promedio por unidad de energía entregada a lo largo de la vida útil del sistema. Ejecutaron este modelo en ocho tecnologías diferentes, asumiendo un patrón de uso estándar donde el sistema se descarga completamente una vez cada pocos días. Los resultados mostraron un punto de cruce pronunciado. Las baterías de iones de litio, que son actualmente el estándar de la industria, siguieron siendo la opción más barata solo hasta aproximadamente dos o tres horas. Más allá de eso, su costo aumentó drásticamente porque cada hora adicional de almacenamiento requería añadir más celdas de batería costosas. En contraste, tecnologías como el almacenamiento de aire comprimido adiabático, que atrapa el calor generado cuando se comprime el aire, y las baterías de aire-hierro, que utilizan una reacción química simple con el oxígeno, se mantuvieron mucho más baratas a medida que la duración aumentaba. En sus cálculos, a una duración de veinticuatro horas, el costo de usar iones de litio fue aproximadamente tres veces mayor que el de usar aire comprimido. A una duración de cien horas, la brecha se amplió a casi seis veces.

El estudio también incluyó una simulación de una red eléctrica enfrentando un desafío climático realista: un periodo de cuatro días donde el viento dejó de soplar. En este escenario, los investigadores modelaron un sistema con energía solar y eólica intentando satisfacer una demanda constante. Sin ningún almacenamiento, el sistema solo podría satisfacer alrededor del 70 por ciento de la demanda. Agregar una batería estándar de cuatro horas mejoró esto al 83 por ciento, pero la batería se agotaría en la primera noche de la calma del viento y nunca se recuperaría. Para superar todo el intervalo de cuatro días sin fallar, la simulación mostró que la red necesitaría un sistema de almacenamiento capaz de descargar durante aproximadamente cien horas. Este hallazgo resalta que el valor del almacenamiento no es lineal; las primeras horas proporcionan un impulso significativo, pero el tramo final de confiabilidad requiere un tipo de tecnología completamente diferente: una que pueda retener una cantidad masiva de energía durante mucho tiempo sin que el costo sea excesivo.

Los investigadores prestaron especial atención a la situación en la India, donde la brecha entre la planificación y la realidad es marcada. Los planes gubernamentales exigen cientos de gigavatios-hora de almacenamiento para principios de la década de 2030 para apoyar una expansión masiva de la energía renovable, sin embargo, la cantidad de almacenamiento por batería que realmente opera en 2025 es inferior a un gigavatio-hora. El país ha identificado un enorme potencial para el almacenamiento mediante bombeo hidráulo, que utiliza agua y gravedad, y ha comenzado a licitar proyectos para ello. Sin embargo, la revisión señala que convertir estas licitaciones en plantas operativas es un desafío importante, y existe una necesidad urgente de probar tecnologías que no sean de litio en condiciones locales. Los autores sugieren que, si bien el bombeo hidráulo y los iones de litio están listos para un uso a gran escala inmediato, el futuro del almacenamiento de varios días probablemente resida en una mezcla de opciones emergentes como el aire-hierro y el aire comprimido, siempre que puedan ser probadas en entornos del mundo real.

En última instancia, el artículo argumenta que no existe una única tecnología "mejor" para todas las necesidades de almacenamiento de energía. En cambio, la red requiere un portafolio de soluciones adaptadas a la duración específica del problema. Los estallidos cortos de potencia son mejor manejados por baterías rápidas y eficientes, mientras que los huecos largos y lentos en el suministro requieren sistemas que prioricen materiales de almacenamiento de bajo costo sobre una alta eficiencia. La transición hacia un mundo impulsado por energías renovables dependerá de implementar con éxito estas tecnologías de larga duración, pasando de la era actual de almacenamiento de corto plazo a un futuro donde la red pueda soportar días de calma o nubes sin interrupciones. El camino a seguir implica no solo construir más de lo que ya tenemos, sino abrazar una diversa gama de sistemas mecánicos y químicos que puedan retener el poder del sol y el viento durante todo el tiempo que el mundo lo necesite.