Startup afirma tener un avance revolucionario para las baterías de larga duración

El CEO Mateo Jaramillo gesticula cerca de los primeros prototipos producidos de la batería de hierro-aire de Form Energy mientras William Woodford, director de tecnología, observa. 22 de julio del 2021 (fotografía de Philip Keith para The Wall Street Journal).

Las baterías de hierro-aire de Form Energy podrían tener grandes ramificaciones para almacenar electricidad en la red eléctrica.




Una startup de cuatro años dice que ha construido una batería económica que puede descargar energía durante días utilizando uno de los elementos más comunes en la Tierra: el hierro.

Las baterías de Form Energy Inc. son demasiado pesadas para los coches eléctricos. Pero dicen que serán capaces de resolver uno de los problemas más esquivos que enfrenta la energía renovable: almacenar grandes cantidades de electricidad a bajo costo para las redes eléctricas cuando el sol no brilla y el viento no sopla.

El trabajo de la compañía de Somerville, Massachusetts, ha estado envuelto durante mucho tiempo por acuerdos de confidencialidad y no divulgación. Recientemente, compartió su progreso con The Wall Street Journal, diciendo que quiere que los reguladores y las empresas de servicios públicos sean conscientes de que si todo continúa según lo planeado, sus baterías de hierro y aire serán capaces de almacenar energía a un precio asequible y de larga duración para 2025.

Sus patrocinadores incluyen Breakthrough Energy Ventures, un fondo de inversión climática cuyos inversionistas incluyen al cofundador de Microsoft Corp., Bill Gates, y al fundador de Amazon.com Inc., Jeff Bezos. Form inició recientemente una ronda de financiación de US$200 millones, liderada por una inversión estratégica del gigante siderúrgico ArcelorMittal SA, uno de los principales productores de mineral de hierro del mundo.

Form se está preparando para estar pronto en producción del “tipo de batería que se necesita para retirar completamente los activos térmicos como el carbón y gas natural” de las centrales eléctricas, afirmó el director ejecutivo de la compañía, Mateo Jaramillo, quien desarrolló la batería Powerwall de Tesla Inc. y trabajó en algunas de sus primeras cadenas de propulsión para autos.

En un recorrido reciente por el laboratorio sin ventanas de Form, Jaramillo señaló los barriles llenos de perdigones de hierro de bajo costo como su ventaja clave en el espacio de las baterías en rápida evolución. Su batería prototipo, apodada Big Jim, está llena de 18.000 piezas de hierro gris del tamaño de piedras redondas de río (gravilla), un mineral abundante, no tóxico y no inflamable.

Para una celda de batería de iones de litio, el caballo de batalla de los vehículos eléctricos y las baterías a escala de red actuales, los minerales de níquel, cobalto, litio y manganeso utilizados cuestan actualmente entre US$50 y US$80 por kilowatts-hora de almacenamiento, según los analistas.

Con hierro, Form cree que gastará menos de US$6 por kilowatt-hora de almacenamiento en materiales para cada celda. Empaquetar las celdas juntas en un sistema de batería completo elevará el precio a menos de US$20 por kilowatt-hora, un nivel en el que los académicos han dicho que las energías renovables más el almacenamiento podrían reemplazar por completo las centrales eléctricas tradicionales que queman combustibles fósiles.

Una batería capaz de descargar energía a bajo costo durante días ha sido el santo grial en la industria energética, debido al problema que resuelve y al mercado potencial que crea.

Los reguladores y las compañías eléctricas están bajo una presión creciente para entregar electricidad asequible, confiable y libre de carbono, a medida que los países de todo el mundo buscan reducir las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con el cambio climático. La mayor parte de la generación de electricidad genera dos de estas tres. Una batería de larga duración podría permitir que la energía renovable —eólica y solar— entregue las tres cosas.

La administración Biden está presionando por una red eléctrica libre de carbono en Estados Unidos para el 2035, y varios Estados y empresas de servicios eléctricos tienen promesas similares. Existe un acuerdo generalizado de que una combinación de energía eólica, solar, geotérmica y nuclear combinada con baterías de iones de litio de corta duración puede generar el 80% de la electricidad. El 20% final requerirá algún tipo de almacenamiento de varios días.

“Ese primer 80% conocemos el camino de la tecnología y ya es competitivo en costos”, afirmó Jeremiah Baumann, subjefe de personal del Departamento de Energía. “Tenemos una buena idea de la tecnología para la pieza final. La verdadera pregunta es qué tecnología reducirá su costo y entrará en el mercado “.

La batería de Form competirá con muchos otros enfoques en lo que se está convirtiendo en un espacio abarrotado, a medida que una serie de startups compiten por desarrollar técnicas de almacenamiento de energía más avanzadas y rentables.

Varias empresas se dirigen al mercado con diferentes configuraciones de batería, como diseños de estado sólido. Algunos piensan que el almacenamiento de agua bombeada o el aire comprimido se pueden utilizar más ampliamente para acumular energía. La Unión Europea está impulsando el uso de hidrógeno para almacenar y generar energía.

Otros, mientras tanto, se están enfocando en la tecnología de captura de carbono para hacer que las centrales eléctricas de gas y carbón estén libres de emisiones, lo que reduciría la necesidad de almacenar energía.

La batería de hierro-aire de Form Energy inhala oxígeno y convierte el hierro en óxido, luego convierte el óxido en hierro y exhala oxígeno, descargando y cargando la batería en el proceso.

“Hay una explosión cámbrica de nuevas tecnologías de almacenamiento y, en un sentido darwiniano, no todas van a sobrevivir. Pero el premio es enorme tanto para los inversionistas como para la sociedad “, afirma Ramez Naam, un inversionista en energías limpias que no está involucrado con Form Energy.

Los esfuerzos anteriores de alto perfil para desarrollar mejores baterías han pasado de la esperanza y la exageración a la quiebra. Pero desde que se creó Form en 2017, ha atraído especulaciones e intrigas dentro de la industria debido a los antecedentes de sus fundadores. Entre ellos se encuentran Jaramillo y Yet-Ming Chiang, profesor del Instituto de Tecnología de Massachusetts que cofundó A123 Systems Inc., un pionero de las baterías de litio.

Jaramillo obtuvo una licenciatura en economía y una maestría de la Yale Divinity School antes de cambiar de carrera a una desarrollando nuevas baterías. Después de más de siete años en Tesla, se fue en 2016 para perseguir lo que llamó “The Next Thing” en su página de LinkedIn. No proporcionó ningún detalle, pero quería construir una batería económica para la red. Estaba a punto de firmar una hoja de financiación para una nueva empresa cuando Chiang lo llamó.

Chiang llegó al MIT como estudiante y se unió a la facultad menos de una década después. Comenzó a trabajar en una batería de larga duración en 2012 como parte de una colaboración del Departamento de Energía. En 2017, también estaba trabajando en baterías de larga duración y él y Jaramillo decidieron crear juntos Form Energy.

Reclutaron a otros veteranos de la industria de las baterías. “El equipo fundador tiene 100 años de experiencia en baterías”, afirmó Chiang. “Somos los alumnos de una generación de empresas de baterías fallidas que volvieron por más”.

A principios de 2018, comenzaron las pruebas a pequeña escala, la versión de los doctores en ciencias materiales de una papa ocupada como batería de una feria de ciencias del colegio, utilizando pequeñas piezas de metal envueltas en abrazaderas de manguera de ferretería en la parte inferior de tazas medidoras translúcidas. Form probó diferentes configuraciones: azufre-hierro, azufre-aire, azufre-manganeso y hierro-aire. A finales de año, el hierro-aire parecía el más prometedor.

En 2020, como el trabajo avanzaba rápidamente, Form se topó con una oportunidad. Necesitaba un componente de batería crítico llamado cátodo que fuera impermeable al agua pero que respirara oxígeno, como una chaqueta Gore-Tex (cortaviento). Una empresa de baterías de Arizona, NantEnergy Inc., había pasado una década construyendo una membrana de este tipo para una batería de zinc-aire. El propietario Patrick Soon-Shiong, un multimillonario empresario de biotecnología propietario de Los Angeles Times, cerró sus operaciones el año pasado para centrarse en otras inversiones.

Form compró sus patentes, así como su inventario de miles de cátodos, que se encuentran en cajas de cartón en una esquina del edificio de la empresa. “Tener esta pieza asegurada nos permitió pisar el acelerador”, afirmó Jaramillo.

A finales del verano pasado, Form construyó una batería de un metro de alto (aproximadamente 3.3 pies de alto) que llamó Slim Jim porque tenía las dimensiones de un bote de basura del mismo nombre. A principios de este año, construyó Big Jim, una celda de batería de un metro por un metro a gran escala. Si funciona como se esperaba, 20 de estas celdas se agruparán en una batería. Miles de estas baterías se conectarán juntas, llenando almacenes enteros y almacenando electricidad para semanas. Puede llevar días cargar completamente estos sistemas de baterías, pero las baterías pueden descargar electricidad durante 150 horas seguidas.

En 2023, Form planea implementar una batería de un megawatt capaz de descargarse continuamente durante más de seis días y dice que está en conversaciones con varias empresas de servicios públicos sobre la implementación de baterías.

Chiang, quien es el director científico de la compañía, dijo que el desafío era descubrir cómo fabricar una batería usando hierro, aire y un electrolito a base de agua.

“Los chefs te dirán que es más difícil hacer un plato excelente con ingredientes comunes”, sentenció.

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