¿En qué parte de la célula se almacena la energía?
La mayoría de nosotros hemos visto dramatizaciones de personal médico que utiliza un desfibrilador para pasar una corriente eléctrica por el corazón de un paciente y conseguir que lata con normalidad. A menudo con detalles realistas, la persona que aplica la descarga indica a otra que “esta vez sean 400 julios”. La energía suministrada por el desfibrilador se almacena en un condensador y puede ajustarse a la situación. A menudo se emplean unidades SI de julios. Menos dramático es el uso de condensadores en microelectrónica para suministrar energía cuando se cargan las baterías ((Figura)). Los condensadores también se utilizan para suministrar energía a los flashes de las cámaras.
La energía almacenada en un condensador es energía potencial electrostática y, por tanto, está relacionada con la carga Q y la tensión V entre las placas del condensador. Un condensador cargado almacena energía en el campo eléctrico entre sus placas. A medida que el condensador se va cargando, el campo eléctrico se va acumulando. Cuando un condensador cargado se desconecta de una batería, su energía permanece en el campo en el espacio entre sus placas.
Tecnologías de almacenamiento de energía
Las células, como los humanos, no pueden generar energía sin localizar una fuente en su entorno. Sin embargo, mientras que los humanos buscan sustancias como los combustibles fósiles para alimentar sus hogares y negocios, las células buscan su energía en forma de moléculas de alimentos o de luz solar. De hecho, el Sol es la fuente de energía por excelencia para casi todas las células, ya que los procariotas fotosintéticos, las algas y las células vegetales aprovechan la energía solar y la utilizan para fabricar las complejas moléculas alimentarias orgánicas de las que dependen otras células para obtener la energía necesaria para mantener el crecimiento, el metabolismo y la reproducción (Figura 1).
Los nutrientes celulares se presentan en muchas formas, como los azúcares y las grasas. Para proporcionar energía a una célula, estas moléculas tienen que atravesar la membrana celular, que funciona como una barrera, pero no infranqueable. Como las paredes exteriores de una casa, la membrana plasmática es semipermeable. Del mismo modo que las puertas y ventanas permiten la entrada de las necesidades en la casa, varias proteínas que atraviesan la membrana celular permiten la entrada de moléculas específicas en la célula, aunque pueden requerir un cierto aporte de energía para llevar a cabo esta tarea (Figura 2).
La energía no se puede almacenar
La red eléctrica funciona en base a un delicado equilibrio entre la oferta (generación) y la demanda (uso del consumidor). Una forma de ayudar a equilibrar las fluctuaciones de la oferta y la demanda de electricidad es almacenar la electricidad durante los periodos de producción relativamente alta y de baja demanda, para luego devolverla a la red eléctrica durante los periodos de menor producción o mayor demanda. En algunos casos, el almacenamiento puede aportar ventajas económicas, de fiabilidad y medioambientales. Dependiendo de su grado de implantación, el almacenamiento de electricidad podría ayudar a que la red eléctrica funcione de forma más eficiente, a reducir la probabilidad de caídas de tensión durante los picos de demanda y a permitir que se construyan y utilicen más recursos renovables.
El almacenamiento de electricidad puede aportar beneficios medioambientales indirectos. Por ejemplo, el almacenamiento de electricidad puede utilizarse para ayudar a integrar más energía renovable en la red eléctrica. El almacenamiento de electricidad también puede ayudar a que las instalaciones de generación funcionen a niveles óptimos y a reducir el uso de unidades de generación menos eficientes que, de otro modo, sólo funcionarían en horas punta. Además, la capacidad añadida que proporciona el almacenamiento de electricidad puede retrasar o evitar la necesidad de construir más centrales eléctricas o infraestructuras de transmisión y distribución.
La energía se almacena en nuestro cuerpo en forma de
El rápido aumento en muchas partes del mundo de la capacidad de generación por parte de fuentes de energía renovables intermitentes, sobre todo la eólica y la solar, ha supuesto un fuerte incentivo para desarrollar el almacenamiento de energía para la electricidad a gran escala. Debido a la creciente cuota anual (deseada o impuesta) de energía eléctrica procedente de tecnologías renovables sujetas a flujos de energía naturalmente fluctuantes (como la solar fotovoltaica y la eólica), caracterizadas por factores de carga relativamente bajos, se espera que las capacidades instaladas combinadas de esas tecnologías en el futuro sean mucho mayores que la demanda eléctrica máxima típica/convencional.*
* “La lamentable costumbre de algunos círculos de utilizar ciegamente la palabra ‘energía’ como sinónimo de ‘electricidad’ debe evitarse en el contexto del almacenamiento. La ‘potencia’ se carga en un dispositivo de almacenamiento o se descarga de él, pero es la ‘energía’ la que se almacena”. – Projected Costs of Generating Electricity 2020, International Energy Agency & Nuclear Energy Agency.
La medida en que se pueda desarrollar el almacenamiento de electricidad determinará el grado en que esas fuentes renovables intermitentes puedan desplazar a las fuentes despachables, tomando el excedente de energía en ocasiones y cubriendo las brechas de intermitencia. Hay cuestiones de escala – potencia y capacidad energética – que se indican a continuación en casos particulares. Además, una parte de la energía almacenada debe estar disponible en forma de electricidad durante días y semanas, aunque hay muchas posibilidades de almacenamiento a corto plazo en minutos y horas. La rentabilidad es clave, por lo que hay que determinar claramente tanto el valor como el coste para comparar las distintas tecnologías de almacenamiento eléctrico en una variedad de aplicaciones y servicios.
