¿Cómo de eficientes son las baterías de arena?

Uno de los mayores problemas de las energías renovables es su almacenamiento. Y es que, aunque tecnologías como la solar y la eólica han avanzado mucho en los últimos años, su intermitencia continúa suponiendo un gran obstáculo. Soluciones como la batería solar no tienen capacidad para constituirse como un remedio a gran escala por sí misma, pero un invento finlandés puesto en marcha hace unos años puede ser la solución que todos estábamos esperando.

Hablamos de las baterías de arena, un ingenioso sistema que permite almacenar la energía eléctrica proveniente de fuentes renovables como energía térmica en arena calentada, lo que ofrece una eficiencia de hasta el 90% en sistemas de gran escala. ¡Sigue leyendo para conocer más sobre el funcionamiento de este prometedor sistema!

¿Qué es una batería de arena?

Son un sistema de almacenamiento de energía térmica que utiliza arena u otro material granular para almacenar y liberar calor. Se calienta la arena con electricidad, almacenando el calor para su uso posterior. Este método puede ser útil para almacenar energía de fuentes renovables como la solar o la eólica, especialmente durante períodos de baja demanda. Las baterías de arena pueden alcanzar una eficiencia de almacenamiento térmico del 90% al 99%. Esto significa que la energía térmica puede ser almacenada y liberada durante meses sin perder gran parte de su eficiencia. Las baterías de arena se han mostrado especialmente prometedoras para el almacenamiento a largo plazo de energía renovable. 

Este método de emplear arena como el principal elemento de almacenamiento seguro y eficiente, a la par de barato y abundante, apenas produce pérdidas de energía, además, las emisiones de CO2 del sistema son las que proceden de los materiales, por lo que el calor extraído del almacenamiento es tan limpio como la electricidad que lo alimenta. Aunque el principal aspecto negativo de esta forma de almacenar electricidad es la elevada cantidad de energía necesaria para ponerla en marcha. 

¿Cómo funcionan las baterías de arena?

Este tipo de dispositivos son sistemas de almacenamiento térmico a gran escala. Básicamente, la energía eléctrica verde calienta resistencias que elevan la temperatura del aire, un aire que se calienta y circula a través de tuberías dentro de un silo lleno de arena, transfiriendo el calor a dicho material. La arena puede mantener temperaturas de más de 500 °C durante meses, liberando el calor cuando se necesita para diferentes aplicaciones .

Calefacción urbana

Las baterías de arena pueden integrarse a la perfección en las redes de calefacción de las ciudades. En Kankaanpää, la primera batería de arena de Finlandia proporciona calor a hogares y edificios públicos, incluyendo la piscina municipal.

Procesos industriales

Hay industrias como la alimentaria o las textiles que necesitan temperaturas de entre 60 y 400 °C para desarrollar su actividad, y las baterías de arena pueden suministrarles aire caliente, vapor o agua a gran temperatura, reduciendo así la dependencia de combustibles fósiles y también las emisiones de carbono, haciendo más sostenibles sus procesos de producción.

Generación de electricidad

La compañía que ideó este dispositivo está desarrollando una versión de su batería que, asegura, será capaz de reconvertir el calor almacenado nuevamente en electricidad. De momento, se espera que la eficiencia de esta conversión se sitúe por debajo del 40%, aunque alcanzar mejores resultados es tan solo cuestión de tiempo.

Almacenamiento estacional

El hecho de que este material pueda almacenar calor durante tanto tiempo convierte a las baterías de arena en un excelente método en zonas como las vacacionales, con picos de consumo muy elevados. En España, por ejemplo, las zonas de costa podrían beneficiarse de estos sistemas en verano para evitar cortes y sobrecargas.

¿Cuánto dura una batería de arena?

Gracias a las propiedades térmicas de la arena, que puede calentarse hasta 500 °C o incluso más, estas baterías retienen el calor durante meses sin sufrir grandes pérdidas. 

Este almacenamiento prolongado es posible gracias a la alta capacidad calorífica y la baja conductividad térmica de la arena, que reducen la disipación del calor.

Esto hace posible almacenar energía calorífica durante largos periodos de tiempo tanto en climas cálidos como en climas fríos, permitiendo además guardar grandes reservas energéticas con el objetivo de aplicarlas en el momento en el que más necesarias puedan ser. Tengamos en cuenta que este sistema se ideó en Finlandia, donde los inviernos son muy crudos, ¡así que qué no podría suponer para un país como el nuestro!

En Estados Unidos,  el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, según sus siglas en inglés el “NREL”, está trabajando en un prototipo más ambicioso, aunque basado en los mismos principios que su contraparte finlandesa. Bautizada como ENDURING, la nueva batería podría alcanzar una capacidad de almacenamiento de hasta 26 000 MWh. Pero nos preguntamos ¿cómo funciona exactamente?  En este caso, se añade gravedad a la ecuación. Este prototipo utiliza cintas transportadoras que elevan la arena hasta unas resistencias que la calientan a 1200º C para almacenarlas en silos. Algo así como dejar caer arena por las resistencias de una tostadora. Cuando hace falta energía, las partículas se dejan caer por gravedad a través de intercambiadores de calor para alimentar turbinas de vapor que generan electricidad para devolverla a la red eléctrica.

En un artículo acerca del prototipo ENDURING, el laboratorio estadounidense indica que la arena es un material estable de bajo coste, con un precio que oscila entre los treinta y cincuenta dólares por tonelada, y un bajo impacto ecológico en su extracción y al final de su vida útil. También señala que, a pesar de que el almacenamiento térmico de energía tiene una densidad menor, su coste puede ser tan bajo como dos dólares por kWh.

Las baterías de arena al utilizarse como acumuladores de calor, no son tan versátiles como otras tecnologías como el litio, pero a cambio ofrecen numerosas ventajas importantes a destacar como: 

• La arena es un material abundante y barato.

• Puede almacenar calor durante meses.

• Permite sustituir la combustión de gas o carbón en procesos industriales.

• La tecnología no requiere materiales tóxicos o minerales raros.

• Puede instalarse fácilmente en cualquier parte.

• No genera residuos.

• Su rendimiento no decae con el tiempo.

¿Dónde pueden usarse las baterías de arena?

Aunque la primera batería de arena se instaló en Finlandia, esta tecnología es fácilmente aplicable en cualquier otro territorio. Tan solo se requiere de algo de espacio en una zona próxima a una planta eléctrica, un lugar en el que poder construir un silo con materiales aislantes capaz de albergar la cantidad de arena necesaria en cada caso.

Este diseño permite adaptar la capacidad de almacenamiento en función de las necesidades energéticas de la región a la que deba abastecer la instalación, y viendo el apagón sufrido en España a finales de abril de 2025, está claro que contar con recursos de almacenamiento energético de este calibre sería muy beneficioso para nuestro país.