Cristales de zeolita como almacenamiento de energía en el futuro

Era 1999 y nos estábamos preparando para el Y2K, el virus Y2K. Con el invierno ya aquí, colocamos un paquete de calentamiento reutilizable en una olla con agua hirviendo para que los grumos blancos de acetato de sodio se derritan en forma de líquido transparente.

A medida que el líquido se enfría gradualmente a temperatura ambiente, se sobreenfría, por debajo de la temperatura a la que normalmente sería un sólido. Todo lo que necesita es algo que lo moleste, haga clic en el disco de metal en el que está incrustado y haga que «recuerde» que debe ser sólido. Luego se solidifica y libera el exceso de calor almacenado.

Puede encontrar personas en YouTube que experimentan con agua superenfriada, cerveza y otros líquidos. Existe la leyenda de que un lago ruso sobreenfriado se congeló y atrapó a una manada de caballos. Nuestra historia es más mundana pero menos trágica. Tiramos este paquete de calor en la caja de emergencia en el ático y lo olvidamos después de mudarnos al extranjero.

Años más tarde, cuando nos preparábamos para vender la casa, descubrimos que el paquete de calefacción todavía estaba en estado líquido. Ha estado en el rango de temperatura de -2 °C a 50 °C en nuestro ático durante años. Hice clic en el clicker, observé las mágicas ondas cristalinas y sentí el calor almacenado en esa olla de agua hirviendo en la década de 1990.

He estado pensando en el hecho de que los ucranianos no tienen electricidad ni calefacción en el frío invierno. Islandia es rica en energía geotérmica, y el norte de África y Oriente Medio son ricos en energía solar. Me desperté en medio de la noche deseando que hubiera una forma de transferir calor y pensé en esos paquetes de calor. Pero incluso durante esas horas de sueño, algo me dijo que los calentadores de manos no almacenaban suficiente energía para que valiera la pena transportarlos. Justo al día siguiente, Karin Kloosterman, fundadora y editora de GreenProphet, me dijo que había oído que los alemanes estaban experimentando con zeolitas para almacenar energía solar.

El mineralogista sueco Axel Fredrik Cronstedt notó que el mineral producía mucho vapor cuando se calentaba. Así que le dio un nombre, que viene del griego Zeo que significa hervir y lithos, la palabra griega que significa piedra. Así que la zeolita es un tipo de zeolita.

Amman Mining explicó:

Los minerales de zeolita se conocen como silicatos de aluminio y son principalmente minerales de sodio y calcio y agua. Se forman naturalmente a partir de la interacción del agua subterránea con rocas volcánicas o minerales arcillosos. Las zeolitas consisten en un grupo de minerales naturales que son muy útiles en la agricultura, la industria y el medio ambiente. Debido a sus propiedades químicas y físicas, la agricultura moderna ha sido testigo de un uso amplio y generalizado de las zeolitas.

Los depósitos de zeolita en el Reino Hachemita de Jordania se encuentran en muchas áreas desde el noreste hasta el sur, y se encuentran en la superficie y cerca de las carreteras en la mayoría de los hallazgos geológicos.

Según el Instituto del Cáncer Memorial Sloan, Las zeolitas se utilizan en detergentes, purificadores de agua y aire. También se comercializan como suplementos dietéticos para el cáncer, la diarrea, el autismo, el herpes y la resaca, para equilibrar el pH y eliminar los metales pesados ​​del organismo.

En los últimos 200 años, se han identificado alrededor de 40 zeolitas naturales; las más comunes son analcima, chabazita, clinoptilolita, erionita, ferrierita, heulandita, laurelita, mordenita y phillipolita.

Las zeolitas empiezan a sonar como criptomonedas, nanotubos y plásticos. ¡Pero espera hay mas! Aparentemente, las zeolitas también pueden secar platos, limpiar derrames de aceite, concentrar oxígeno, eliminar el azul de metileno de las aguas residuales textiles, usarse como arena para gatos y limpiar desechos nucleares. Las zeolitas parecen ser las obras maestras de todos los oficios en el mundo físico. Mire este espacio para obtener más información sobre el increíble material que hace que el grafeno valga la pena. ¿Pero puede almacenar calor? ¡Sí puede!

Hay tres formas principales en que los materiales pueden usarse para almacenar energía térmica en los sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES):

1. Masa Térmica Directa: Los termos, los tanques de agua caliente, las piedras, las planchas y los calentadores eléctricos de aceite utilizan este método. Caliente una masa grande con una alta capacidad calorífica y se mantendrá caliente durante mucho tiempo.
2. Transición de fase de calor latente: Esos paquetes de calor de acetato de sodio hacen exactamente eso. Calentar algo por encima de su punto de fusión o ebullición y almacenarlo en ese estado. Cuando un líquido se congela o un gas se condensa, regresa a un estado de menor energía y libera el calor almacenado. Un trozo de hielo es un ejemplo muy antiguo y probado de almacenamiento de energía térmica por cambio de fase, aunque es lo contrario de lo que buscamos en un sistema de almacenamiento térmico estacional. Las sales fundidas de Halotechnics para la planta termosolar de Masdar es otro ejemplo.
3. Termoquímica: La mayoría de las reacciones químicas exotérmicas (que producen calor) no son fácilmente reversibles.Entonces, si bien es fácil quemar madera, carbón y petróleo, el proceso de convertir CO2 en madera, carbón y petróleo consume mucha energía. con Tiempo, décadas o miles de años. Pero algunas reacciones químicas exotérmicas pueden revertirse durante cortos períodos de tiempo con una eficiencia razonablemente alta. La reacción en la que las moléculas de agua entran cómodamente en la estructura microporosa de la zeolita es una de esas reacciones exotérmicas reversibles.

Según un artículo publicado en Frontiers in Energy Research, las reacciones de zeolita con agua pueden alcanzar densidades de almacenamiento de calor de 50 a 300 kWh/m3. Esto se compara favorablemente con el almacenamiento de calor de agua de solo 0 a 70 kWh/m3. Las zeolitas actualmente disponibles aún no están disponibles comercialmente para el almacenamiento de calor, pero todavía hay margen de mejora. Así como el azúcar, la harina y los huevos se pueden hornear en muchas cosas diferentes, las zeolitas son una clase de minerales con miles de posibles variaciones del mismo elemento básico. Los científicos han estado experimentando con estos para tratar de generar eficiencias aún mayores.

Heidrun Klostermann gestiona el proyecto ZeoMet en el Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, Tecnología de Plasma y Haz de Electrones en Alemania, con el objetivo de producir zeolitas con mayor eficiencia de almacenamiento de calor. En un comunicado de prensa de Fraunhofer, explicó:

«Cubrimos las partículas de zeolita con aluminio; esto duplicó la conductividad térmica después del primer intento sin afectar negativamente la adsorción y desorción del agua. Nuestro objetivo actual es ajustar el recubrimiento para que sea de cinco a diez veces mejor».

Es poco probable que las soluciones lleguen a tiempo para ayudar a mantener a la gente abrigada este invierno, pero están progresando. El artículo de Fraunhofer también explica que, dado que la zeolita se puede usar para absorber y almacenar calor de donde no se necesita y liberarlo donde y cuando se necesita, también se puede usar para enfriar y secar. Esta variante se utiliza en lavavajillas Bosch. ¡Esperamos ver qué otros resultados derivados de la investigación sobre este material versátil surgen!

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