Según un nuevo estudio dos de los materiales más omnipresentes en la historia de la humanidad, el cemento, negro de carbón (que se asemeja a un carbón muy fino) y agua, podrían formar la base de un novedoso sistema de almacenamiento de energía de bajo costo. Esta tecnología podría facilitar el uso de fuentes de energía renovables como la solar, la eólica y la mareomotriz, permitiendo que las redes de energía permanezcan estables a pesar de las fluctuaciones en el suministro de energía renovable.
Investigadores del MIT descubrieron que estos dos materiales pueden combinarse con agua para crear un supercapacitor, una alternativa a las baterías, que podría proporcionar almacenamiento de energía eléctrica. Por ejemplo, los investigadores que desarrollaron el sistema sugieren que su supercapacitor podría incorporarse eventualmente en la base de concreto de una casa, donde podría almacenar la energía de un día completo, añadiendo poco o nada al costo de la base y aún proporcionando la resistencia estructural necesaria.
La tecnología, simple pero innovadora, se describe esta semana en la revista PNAS, en un artículo de los profesores del MIT Franz-Josef Ulm, Admir Masic y Yang-Shao Horn, y otros cuatro en el MIT, además del Instituto Wyss para la Ingeniería Inspirada Biológicamente.
El supercapacitor desarrollado por este equipo surge de un método para producir un material a base de cemento con una superficie interna extremadamente alta debido a una red densa e interconectada de material conductor dentro de su volumen masivo. Los investigadores lograron esto introduciendo negro de carbono, que es altamente conductor, en una mezcla de concreto junto con polvo de cemento y agua, y dejándolo curar.
«El material es fascinante«, dice Masic, «porque tienes el material hecho por el hombre más utilizado en el mundo, el cemento, que se combina con el negro de carbón, que es un material histórico bien conocido. Tienes estos materiales de al menos dos milenios de antigüedad que cuando se combinan de una manera específica obtienes un nanocompuesto conductor, y ahí es cuando las cosas se vuelven realmente interesantes«.
Los supercapacitores hechos de este material tienen un gran potencial para ayudar en la transición del mundo hacia la energía renovable, dice Ulm. Las principales fuentes de energía libre de emisiones, el viento, la solar y la energía mareomotriz, producen su salida en momentos variables que a menudo no corresponden a los picos de uso de la electricidad, por lo que se necesitan formas de almacenar esa energía.
De acuerdo con Ulm, «Existe una gran necesidad de almacenamiento de energía a gran escala» y las baterías existentes son demasiado caras y dependen en su mayoría de materiales como el litio, cuyo suministro es limitado, por lo que se necesitan alternativas más baratas. También comentó que «Ahí es donde nuestra tecnología es extremadamente prometedora, porque el cemento es omnipresente«.
El equipo calculó que un bloque de concreto con nano carbono negro de 45 metros cúbicos de tamaño tendría suficiente capacidad para almacenar unos 10 kilovatios-hora de energía, que se considera el uso promedio de electricidad diario para un hogar. Dado que el concreto mantendría su resistencia, una casa con una base hecha de este material podría almacenar un día de energía producida por paneles solares o molinos de viento y permitir que se utilice cuando sea necesario.
El equipo de investigación también incluyó a los postdoctorados Nicolas Chanut y Damian Stefaniuk del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT, James Weaver del Instituto Wyss, y Yunguang Zhu del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. El trabajo fue apoyado por el MIT Concrete Sustainability Hub, con el patrocinio de la Concrete Advancement Foundation.
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