SCHOTT solutions n° 1/2015 > Tecnologías energéticas

Multitalent Glas
Esta hoja de BOROFLOAT® soporta una alta tensión de más de 60.000 V. SCHOTT está desarrollando los tipos de vidrio especial más variados para la transformación, el transporte, el almacenamiento y la utilización de la energía. Foto: SCHOTT/A. Sell

Vidrio multitalento


Aunque en la tecnología energética habitualmente el vidrio no se ve directamente, resulta indispensable. Además, este material alberga un potencial inmenso para el paisaje energético del futuro. Los expertos en vidrio de SCHOTT ya están desarrollando soluciones ”electrizantes”.


Thomas H. Loewe

El impacto del cambio energético se puede apreciar en muchos lugares. Menos obvio es que un abastecimiento eléctrico descentralizado con energías renovables requiere innovaciones a muchos niveles. ”Cuando se genera, transporta, almacena o utiliza electricidad, el vidrio nos sorprende con propiedades inesperadas”, explica el Dr. Roland Langfeld, Research Fellow en SCHOTT.

La electricidad que está a nuestra disposición en las tomas de corriente se puede producir de forma mucho más ecológica utilizando células de combustible de óxido sólido estacionarias de alta temperatura (SOFC) (ver la solutions 1/14) que con los combustibles sólidos. La célula de combustible utiliza hidrógeno, gas natural o metano y oxígeno y los convierte en electricidad y agua. La generación eléctrica opera eficientemente a temperaturas entre 600 y 1000 °C. ”Se requieren materiales adaptados específicamente, como el vidrio”, explica Claire Buckwar, Directora de Marketing Estratégico e Innovación de SCHOTT en Landshut, Alemania. ”Al unir con una soldadura de vidrio el electrolito oxicerámico con el metal del encapsulado de la célula se forma un sellado hermético permanente, que garantiza que no se producirá un intercambio incontrolado de gas y que las células de combustible tendrán una vida útil larga”, añade. Gracias a la conexión en serie para formar pilas, esta tecnología impresiona por su alto rendimiento. Su rendimiento global, de hasta el 95%, la convierte en el tipo de célula de combustible más eficiente y en un hito potencial de la generación descentralizada de energía. Alimentada con el metano de biogás se puede acoplar fluidamente a las redes de energías renovables existentes.
Hochtemperatur-Brennstoffzellen
Las células de combustible de alta temperatura convierten el hidrógeno y el oxígeno en energía y agua (Izda.). Unos vidrios sellantes altamente resistentes (derecho) asumen aquí importantes funciones de sellado y aislamiento. Fuente izquierda: SCHOTT/A. Schneiderwind, Foto derecho: SCHOTT/H.-J. Schulz

HVDC: Encender/apagar la corriente con fibra óptica


El transporte de la energía es igual de importante que su generación. Una red eléctrica de amplia cobertura es garantía de distribución de la energía. Sin embargo, los parques eólicos offshore, por ejemplo, generan sólo corriente trifásica, que es convertida en corriente continua. En la alta tensión en corriente continua (HVDC) se dan voltajes de hasta 800.000 V. ”Los conmutadores que encienden y apagan el flujo de corriente están sometidos a un potencial elevado y, por razones de aislamiento, no se pueden maniobrar eléctricamente, por ejemplo, con cables de cobre”, explica el Dr. Werner Sklarek, Senior Product Manager para la Industria. ”Por esta razón se realiza una conmutación fiable utilizando pulsos de luz conducidos por cables de fibra óptica resistentes a las tensiones”, añade Sklarek.
Glasfaserkabel
Para transportar alta tensión en corriente continua en estaciones de conversión y conectar y desconectar de forma fiable la corriente con diferencias de potencial de hasta 800.000 V se utiliza cable de fibra de vidrio (Izda.). Foto izquierda: SCHOTT/ C. Costard, Foto derecho: SIEMENS

Más potencia en la tecnología de alta tensión


Los condensadores son los proveedores de energía universales. Estos dispositivos de almacenamiento de energía a corto plazo se pueden encontrar en todas las aplicaciones eléctricas y electrónicas: desde componentes de alta tensión en redes eléctricas hasta tecnología médica y electrónica de consumo. Sin embargo, su capacidad de almacenamiento no depende únicamente de su diseño. El material aislante, que los especialistas denominan ”dieléctrico”, también es un factor decisivo. SCHOTT ha desarrollado específicamente para los condensadores de alta tensión un nuevo material dieléctrico, POWERAMIC®. El Dr. Matthias Müller, Director de Vitrocerámica para Aplicaciones Eléctricas, explica: ”Las ventajas de la vitrocerámica son su alto grado de homogeneidad y la ausencia de poros. Esto hace posible una densidad de almacenamiento energético mucho mayor – aprox. 10 veces – que los materiales empleados hoy en día”. Además, es resistente a las altas temperaturas, que pueden provocar rápidamente una sobrecarga térmica en los componentes. Permite prescindir de una refrigeración adicional. ”Los condensadores que llevan la vitrocerámica POWERAMIC® son pequeños y ligeros y ahorran espacio y peso”, comenta Müller. Esto convierte también el material en potencialmente atractivo para aplicaciones móviles, como sistemas ferroviarios con tracción eléctrica y coches eléctricos. Este tipo de condensadores de alta tensión pueden ser utilizados también directamente en la fuente de energía, por ejemplo en aerogeneradores, donde pueden ayudar a los equipos eléctricos a inyectar la electricidad directamente a la red. Como transductores contribuyen significativamente a la estabilidad de las redes eléctricas actuales y futuras, gracias a su elevada capacidad de almacenamiento y a su extraordinaria robustez.
Hochspannungstechnik: SCHOTT POWERAMIC®
SCHOTT ha desarrollado POWERAMIC® también para su uso en la tecnología de altas tensiones. Esta innovadora vitrocerámica (abajo) se utiliza como material dieléctrico y mejora las prestaciones de los condensadores. Foto izquierda: Thinkstock, Foto derecho: SCHOTT/ T. Lohnes

Mayor seguridad para la movilidad eléctrica


La movilidad del futuro presupone un almacenamiento y un aprovechamiento energético eficientes y se beneficia de los materiales de altas prestaciones. En los coches eléctricos, los vidrios especiales de alta estabilidad química permiten sellar fiablemente las baterías de ion de litio y, de esta forma, asegurar su operatividad duradera. En caso de fuga existe el riesgo de cortocircuito y liberación de sustancias químicas, que podría causar un incendio o una explosión. Para evitarlo, las modernas baterías de ion de litio están encapsuladas con una envolvente de aluminio. El material sellante utilizado en la tapa de las baterías, donde se produce el contacto eléctrico entre el interior de la batería y el exterior, es un punto débil de esta construcción. Los aisladores de plástico utilizados son sensibles a la corrosión química y a las grandes fluctuaciones de temperatura. SCHOTT ha desarrollado bajo la marca GTAS® unos pasantes especiales para batería y sistemas de tapa completos. El resultado es un diseño de celda que tiene una estanqueidad duradera.
Interview: Prof. Dr.-Ing. Volker Hinrichsen

”El vidrio es un campeón en la sombra”

El Prof. Dr.-Ing. Volker Hinrichsen, de la Universidad Técnica de Darmstadt, sobre el vidrio para la tecnología de altas tensiones

Zukunftsthema Elektromobilität
La movilidad eléctrica, un tema con futuro: los pasantes sellados con vidrio alargan la vida útil y la fiabilidad de las baterías de ion de litio (izquierda). SCHOTT ha desarrollado para unas innovadoras baterías de litio-aire una vitrocerámica que conduce iones. A la abajo, unas celdas de ensayo para mejorar la autonomía de vehículos eléctricos en una cámara climática. Foto izquierda: SCHOTT, Foto derecho: Thinkstock, Foto abajo: SCHOTT/ C. Costard


La batería del futuro, para una mayor autonomía


Para hacer avanzar la movilidad eléctrica, SCHOTT actúa a lo largo de toda la hoja de ruta de las baterías. Una innovación de vidrio optimiza la fiabilidad de las baterías de ion de litio de alta potencia. El llamado vidrio S, un polvo de vidrio en forma de recubrimiento aplicado sobre el separador o como aditivo del electrolito, ya permite alargar la vida útil de las baterías de electrolito líquido, conferirles una mayor resistencia térmica y mejorar su seguridad, porque hace más resistentes los separadores convencionales de película polimérica. SCHOTT participa también en proyectos para desarrollar tecnologías de batería más potentes de la ”próxima generación”. Está trabajando con líderes del sector en el desarrollo de baterías de litio-aire (ver solutions 2/2012). ”El factor decisivo para alcanzar mayores densidades energéticas y más energía por unidad de peso es el conductor iónico sólido intercalado entre los electrodos, que reemplaza el electrolito líquido”, señala el Dr. Wolfgang Schmidbauer, experto en baterías en SCHOTT. Además de ofrecer una buena conductividad iónica, ha de ser absolutamente estanco al oxígeno y al agua del aire ambiental. Lo explica: ”SCHOTT ha desarrollado una innovadora vitrocerámica conductora de iones, con una elevada conductividad de los iones de litio y una excelente estabilidad electroquímica.” El potencial de las baterías de litio-aire es enorme: en su variante comercial prometen capacidades de almacenamiento 3 – 5 veces superiores, de aprox. 1.000 Wh por kg y así unas autonomías muy superiores en los coches eléctricos.

El vidrio ya contribuye al cambio energético (ver la gráfico Noticias/Enfoque). ”Este versátil material tendrá la flexibilidad y las presta ciones que necesitaremos en el futuro”, comenta el Dr. Langfeld, Research Fellow. Y los expertos de SCHOTT ya están desarrollando nuevas ideas para innovaciones electrizantes en forma de vidrio.<