Vanadio, el metal ‘precioso’ que puede revolucionar el almacenamiento energético

Un metal poco conocido podría llegar a ser crucial para la revolución de las energías renovables. El vanadio se utiliza en las nuevas baterías con capacidad para almacenar grandes cantidades de energía casi indefinidamente, lo que es la solución ideal para los parques eólicos y fotovoltaicos. Y lo que es más importante, se encuentra en multitud de materiales en los vertederos industriales.

No importa no encontrar oro o plata en el basurero, el vanadio puede ser el metal más ‘precioso’ de todos. Es el elemento número 23 y el más abundante en la corteza terrestre, a pesar de que rara vez se encuentra en su forma metálica natural. A cambio, el vanadio se puede encontrar en más de 100 minerales diferentes.

Una vez extraído y disuelto en agua, las diversas formas de vanadio se convierten en colores brillantes y llamativos. Toma el nombre de "Vanadis", el antiguo nombre nórdico para la diosa escandinava de la belleza, Freyja.

El vanadio no sólo es hermoso, también es fuerte. Su adición en pequeños porcentajes crea excepcionalmente ligeras, resistentes y resilientes aleaciones de acero. Henry Ford fue el primero en utilizarlo a escala industrial, en 1908, en el chasis del famoso Ford T , y en la actualidad la gran mayoría de vanadio se utiliza en estructuras de acero, sobre todo en la construcción de puentes y edificios.

Baterías de flujo de vanadio

Las propiedades únicas del vanadio le convierten en el elemento ideal para un nuevo tipo de baterías que podrían revolucionar los sistemas de energía en un futuro próximo : baterías redox de vanadio o redox de flujo. La batería redox de vanadio (y redox de flujo) es un tipo de batería recargable de flujo que emplea iones de vanadio en diferentes estados de oxidación, para almacenar energía potencial química.

Las baterías almacenan la energía y generan electricidad mediante una reacción entre dos materiales diferentes, por lo general el zinc y el manganeso. En baterías de flujo, estos materiales son líquidos y tienen diferentes cargas eléctricas. Ambos se bombean en una "célula", donde se genera la corriente eléctrica. Una membrana pequeña separa los dos líquidos, por lo que son capaces de reaccionar, pero no entran en contacto directo.

La batería redox de vanadio explota la capacidad del vanadio de existir en solución en cuatro diferentes estados de oxidación y utiliza esta propiedad para hacer una batería que tiene sólo un elemento electroactivo en lugar de dos. Como sólo se usa un material, el riesgo de contaminación cruzada se elimina. Los líquidos tienen una vida indefinida, por lo que los costos de reemplazo son bajos y no hay problemas de eliminación de residuos. Además, la batería se extiende a toda la vida siendo potencialmente infinita.

Las principales ventajas de la batería redox de vanadio son que puede ofrecer capacidad casi ilimitada simplemente mediante el uso de tanques de almacenamiento más grandes, que se puede dejar completamente descargada durante largos períodos sin efectos nocivos, que se puede recargar simplemente sustituyendo el electrolito si no hay fuente de alimentación disponible para cargarla y que si los electrolitos se mezclan accidentalmente, la batería no sufre ningún daño permanente.

En baterías de flujo, la producción de energía y la capacidad son independientes. La energía se almacena en tanques, mientras que la capacidad depende sólo de la cantidad de líquido almacenado. Esto proporciona una gran flexibilidad de diseño que otras baterías no permiten. Son también más seguras, ya que los dos líquidos no se mezclan provocando una liberación repentina de energía.

El nuevo depósito de energía

Las baterías de flujo de vanadio son, sin embargo, demasiado grandes y pesadas para reemplazar a las baterías de litio. Estas baterías se utilizan para el almacenamiento de grandes cantidades de energía estacionaria a largo plazo, para abastecer zonas remotas o proporcionar energía de reserva. Son la base para un más eficiente, confiable y sano mercado de energía eléctrica.

El almacenamiento de energía es uno de los principales factores que limita la propagación de las energías renovables. Cuando se produce energía solar y eólica durante el día hay que almacenarla para usarla durante los picos de demanda de la noche. Los estudios han demostrado que las baterías de vanadio puede ser una solución sostenible.

Cuando seamos capaces de crear grandes reservas de energía para acceder a ella cuando sea necesaria, seremos  liberados de la necesidad de mantener la generación de energía de rápido acceso, como la generada a partir del carbón o el gas. Las baterías de vanadio puede convertirse en una reserva de energía en la misma forma que usamos los depósitos para almacenar el agua de lluvia para su uso posterior.

La capacidad de almacenar electricidad reduciría la dependencia del gas y el carbón. A su vez esto aumentaría la seguridad energética y la reducción de las emisiones de CO2, ayudando a cumplir los objetivos de emisiones acordados en París. No es de extrañar, pues, que la UE considere el vanadio un metal crítico para las tecnologías energéticas estratégicas.

Los grandes productores

El metal se extrae, y la producción está actualmente dominada por China, Sudáfrica, Rusia y EEUU. El vanadio tiene un riesgo medio de escasez de la oferta y un alto riesgo político .

Sin embargo, como el vanadio puede ser un subproducto de otros tipos de minería, alrededor del 70% del vanadio de superficie no se utiliza, como los desechos industriales, de la minería y escorias de acero. De hecho, un estudio estima que el 43% de la producción mundial anual de vanadio podría recuperarse de residuos alcalinos, tales como escoria de acero, lodo rojo, cenizas volantes procedentes de la producción de energía con carbón y residuos procedentes de la construcción y demolición.

Sin embargo, todavía no existe una tecnología firmemente establecida para recuperar este vanadio. Ciertas bacterias y hongos pueden extraer más de vanadio a partir de residuos industriales, y en la actualidad se están desarrollando diversas soluciones para convertirlos  en metales útiles. Pero todavía tenemos que encontrar una mejor manera de llegar a las posibles fuentes de este metal ‘precioso’.