Cimentación como almacenamiento de energía.
Dennis Lenz
(Imagen simbólica) El hollín se produce cuando la combustión es incompleta y se ha utilizado durante mucho tiempo como producto industrial para tintas de impresión y neumáticos. Sus partículas tienen un tamaño de unas millonésimas de milímetro y forman en el hormigón una red conductora muy ramificada. El material recibe la designación EC3 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Una configuración de demostración inicial impulsó un ventilador y una consola de juegos.
(Foto: © Investigación y conocimiento, imagen de IA)
El cemento, el agua y el simple negro de humo crean un material que almacena carga eléctrica y permanece estable. El hormigón con hollín forma una red conductora muy ramificada con una gran superficie interna y, por lo tanto, funciona como un supercondensador. Según las últimas informaciones de los investigadores, unos cinco metros cúbicos son suficientes para cubrir las necesidades diarias de una familia media. Los componentes se encuentran entre los materiales más baratos del mundo.
Un supercondensador almacena energía de forma diferente a una batería. En una batería se producen reacciones químicas donde se convierten las sustancias, y son estas reacciones las que limitan la velocidad de carga y la vida útil. En cambio, un supercondensador deposita cargas puramente físicas sobre superficies, separadas por una capa extremadamente fina. Por tanto, se puede cargar y descargar muy rápidamente y dura cientos de miles de ciclos, pero almacena mucha menos energía por volumen. El factor decisivo para su capacidad es el tamaño de la superficie interna sobre la que se pueden acumular las cargas. Cuanto más fuerte sea el material conductor, más carga podrá contener.
Precisamente aquí es donde entra en juego el hollín. Si se mezcla con cemento, una vez endurecido no se distribuye uniformemente, sino que sigue los finos poros llenos de agua que se forman durante el fraguado. Esto crea una red conectada de hilos fractales ramificados que se extiende por todo el bloque y ofrece una superficie muchas veces mayor de lo que sugiere la forma externa. El hormigón sigue siendo hormigón: soporta cargas, absorbe presión y se puede verter como de costumbre. Los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts llaman a este material hormigón de carbono conductor de electrones, o ec3 para abreviar.
Cómo una fundación se convierte en depósito
Para que la memoria funcione se necesitan dos bloques conductores como electrodos, con una fina capa separadora entre ellos y una solución electrolítica, en el caso más sencillo, cloruro de potasio en agua. Durante la carga, las cargas se acumulan en las interfaces de la red de hollín y vuelven a salir durante la descarga.
El cálculo original de 2023 mostraba que unos 45 metros cúbicos de este material podrían almacenar unos diez kilovatios hora, el equivalente al consumo diario de una familia. Esto correspondía aproximadamente al volumen de hormigón de un sótano. Como informa el Instituto Tecnológico de Massachusetts sobre la versión mejorada, la densidad de energía podría multiplicarse por diez utilizando un electrolito diferente y un proceso de fabricación modificado, de modo que ahora son suficientes unos cinco metros cúbicos, o aproximadamente el volumen de la pared de un sótano. Una instalación de demostración hecha de placas apiladas entregó doce voltios y los utilizó para alimentar un ventilador y una consola de juegos.
Lo que va en contra de una rápida implementación
Hay varios problemas sin resolver entre el bloque del laboratorio y los cimientos de la casa. El contenido de hollín mejora la capacidad de almacenamiento, pero empeora la resistencia a la compresión, por lo que los investigadores indican que alrededor del 10% está comprometido. Incluso los componentes portantes están sujetos a normas que todavía no prevén una función eléctrica adicional y los cimientos se construyen durante décadas; un electrolito no necesariamente se comporta de manera estable durante tales períodos de tiempo. También surgen dudas sobre el aislamiento, los contactos y el mantenimiento de un sistema de almacenamiento al que nadie puede acceder. El hecho de que el reciclaje de materiales de construcción sea un desafío en general también se hace evidente cuando se desmantelan otros componentes, por ejemplo cuando cada año se generan decenas de miles de toneladas de residuos de palas de rotor.
¿Por qué el hormigón es tan interesante?
El atractivo reside menos en el rendimiento que en la cantidad. Después del agua, el cemento es el material más utilizado en el mundo; cada casa, cada calle y cada puente están hechos de él, y su producción está establecida en todas partes. Una solución de almacenamiento que no utiliza litio, cobalto o níquel evita las mismas materias primas cuya disponibilidad limita la expansión del almacenamiento en baterías. Posibles ejemplos incluyen cimientos que absorben energía solar durante el día, carreteras que cargan vehículos eléctricos mientras conducen o muros de contención de edificios remotos sin conexión a la red. Los investigadores participantes hablan de hormigón multifuncional que, además de servir de soporte, asume otras tareas como el almacenamiento, la calefacción y la autorreparación.
Un material de construcción que también puede hacer algo
Que esto se convierta en un sistema de almacenamiento de carga lo decidirán los estándares, los costos y las pruebas a largo plazo, no la física. El punto de partida sigue siendo notable: este efecto no requiere ni metales raros ni una producción compleja, sino cemento, agua y hollín, tres de los materiales más antiguos y baratos de la historia industrial. La diferencia radica exclusivamente en la estructura que se forma cuando endurece.
PNAS, supercondensadores de cemento de carbono de alta densidad energética para almacenamiento de energía en arquitectura; doi:10.1073/pnas.2511912122
