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El poderoso secreto del vanadio

BBC - ‎sábado‎, ‎21‎ de ‎junio‎ de ‎2014

Hawai tiene un problema, el mismo que el mundo entero probablemente enfrentará en la próxima década. Y la solución podría ser un metal del que quizás usted nunca haya oído hablar: el vanadio.

El problema de Hawai es que "hace mucho Sol", o mejor dicho, que demasiada luz solar está alimentando su red eléctrica.

Generar energía en ese remoto estado de Estados Unidos siempre ha sido complicado. No cuenta con depósitos de combustible fósil propios así que el petróleo y el carbón tienen que llegar en barcos que atraviesan el Pacífico.

Eso hace que la electricidad sea muy, muy costosa –más del triple que el promedio en EE.UU.- y es la razón por la cual el 10% de los residentes de la isla han decidido instalar paneles solares en el techo de sus hogares. Y cada vez son más.

El problema es que toda esta nueva electricidad generada por el Sol llega al lugar errado y en el momento equivocado del día.

El monopolio de electricidad de Hawai, Heco, teme que partes de la red se puedan sobrecargar a niveles peligrosos por el exceso de potencia al mediodía, por lo que el año pasado empezó a negarse a instalar los recientemente adquiridos paneles en las casas de algunos residentes de ciertas áreas.

Y no sólo es Hawai.

"California tiene un problema serio", le dice a la BBC Bill Radvak, el gerente canadiense de American Vanadium, la única compañía de vanadio estadounidense.

"La cantidad de energía solar con la que se cuenta es verdaderamente increíble pero toda llega al sistema entre el mediodía y las 4 pm".

Eso no coincide con los períodos de alta demanda de electricidad, que generalmente ocurren al final de la tarde y en la noche, cuando la gente vuelve a casa, prende las luces, la calefacción, el aire acondicionado, prepara la cena, etc.

Lo que California y Hawai necesitan es la manera de almacenar esa energía durante unas horas de cada tarde hasta que la requieran.

Y Radvak piensa que tiene la solución: una solución electroquímica que aprovecha las propiedades especiales del vanadio.

Para reforzar al acero

Cuando la compañía de Radvak decidió reabrir una antigua mina de vanadio en Nevada en 2006, las redes eléctricas eran lo último que tenía en mente.

En esa época, el vanadio era para la industria del acero, pues apenas con un 0,15% de vanadio en la mezcla se crea una excepcionalmente fuerte aleación.

"A las plantas de acero les fascina", señala Radvak. "Toman una barra de vanadio y se la añaden. El resultado es que pueden tener la misma fortaleza del acero pero usando 30% menos".

Además hace que las herramientas sean más resistentes. Si el nombre del vanadio le es vagamente familiar, es posible que sea porque lo ha visto grabado en alguna de ellas.

Y, como el acero con vanadio mantiene su dureza a altas temperaturas, se utiliza en perforadoras, sierras circulares, turbinas de motores y otras partes móviles que generan mucho calor.

Es por ello que la industria del acero representa alrededor del 90% de la demanda del vanadio.

El filo de las cimitarras

Las propiedades de aleación del vanadio han sido conocidas por más de un siglo. Henry Ford las aprovechó en 1908 para hacer la carrocería de su Modelo T más fuerte y livana.

Por las mismas razones, y también por su resistencia al calor, fue usado para hacer piezas de artillería portátiles y armaduras en la Primera Guerra Mundial.

Pero la historia del uso del vanadio podría remontarse a la antigüedad. La humanidad parece haber explotado el metal desde el siglo III aC sin saberlo.

Fue entonces que se empezó a fabricar el "acero de Damasco".

Se decía que las espadas hechas de ese acero eran tan filosas que podían cortar un pelo si caía sobre ellas.

Las cimitarras de acero de Damasco les dieron una ventaja a los guerreros musulmanes que luchaban contra los cruzados.

Muestras tomadas de un puñado de antigüedades contienen cantidades diminutas de impurezas, entre ellas vanadio.

No obstante, esta tradición de milenaria en la producción de acero desapareció a mediados del siglo XVIII. Los depósitos de hierro rico en vanadio del sur de India, con los que se hacía el acero, se agotaron, o eso al menos es lo que dice una teoría.

Descubierto dos veces

Hoy en día, el vanadio se usa principalmente en el acero para hacer estructuras como puentes y en las barras de refuerzo del concreto.

Es un mercado pequeño y a veces volátil. China, Rusia y Sudáfrica dominan la oferta, pues se extrae más que todo como un subproducto útil de la escoria del mineral de hierro u otros procesos de la minería.

 Al vanadio un sueco le dio el nombre de la diosa nórdica de la belleza.

China –que está en medio del boom más largo y grande de construcción de la historia- también domina la demanda.

Pero la fuente más grande de demanda futura podría no tener nada que ver con el acero y es posible que aproveche más bien la inusual naturaleza electroquímica del vanadio.

"El vanadio fue descubierto dos veces, y una de esa veces lo descubrió el químico sueco Nils Sefstrom, quien le dio el nombre de la diosa nórdica de la la belleza, Vanadis", le cuenta a la BBC el químico italiano Andrea Sella, de la University College London.

Para explicar la razón, Sella produce un termo con un líquido amarillo que fácilmente podría confundirse con otra cosa.

Explica que es una solución de vanadio "oxidado" en ácido sulfúrico, es decir que se le ha quitado sus cinco electrones de valencia.

Luego le añade un brillante trozo de una amalgama de zinc y mercurio y empieza a agitar el brebaje violentamente.

La solución se torna verde y luego, gradualmente, azul. "Y si la seguimos agitando por otros minutos, eventualmente será de color violeta".

"El zinc nos permite volverle a poner electrones al vanadio", explica Sella. Cada cambio de color representa el paso de un electrón.

"La facilidad con la que se le pueden dar y quitar electrones al vanadio es la base de una batería muy, muy estable".

Guardar cuando no cuesta tanto

Ciertamente, las baterías de flujo de vanadio son muy estables. Pueden descargarse y recargarse 20.000 veces sin que pierdan poder y se piensa que duran décadas (no se han usado por el tiempo suficiente para demostrarlo en la práctica).

Pero también pueden ser enormes y –en mucha medida debido al contenido de vanadio- costosas. La más pequeña de las baterías que American Vanadium está produciendo en sociedad con la firma alemana de ingeniería Gildemeister ocupa el espacio suficiente como para estacionar un auto y cuesta US$100.000.

American Vanadium provee el ingrediente clave de esas baterías, el electrolito (el fluido de la batería).

Se trata de la misma solución líquida que usó Sella para su demostración y –convenientemente- es un subproducto del proceso estándar del uso de ácido sulfúrico para extraer el vanadio de su mineral.

Radvak dice que entre sus posibles clientes están las grandes corporaciones que consumen mucha energía, como la Autoridad de Transporte Metropolitano que se encarga del metro de Nueva York y con la que su compañía ya firmó un acuerdo piloto para suministrarle este tipo de baterías.

Esas firmas pagan cada vez más por la electricidad que usan en los horarios más ajetreados, y Radvak asegura que pueden reducir las cuentas en un 25% si usan una batería para extraer la electricidad que necesitan durante la noche, cuando es más barata.

Al allanar la demanda de manera en que haya menos diferencia entre las horas de más y menos uso, también ayuda a las firmas de electricidad.

Uno de los gastos más altos que tienen es la inversión en la capacidad extra que sólo es necesaria durante unas pocas horas al año, cuando el clima, las vacaciones o el momento del día conspiran para producir picos de demanda.

Pilas para Hawai

Ese reto de balancear el suministro y la demanda de electricidad será aún más difícil a medida que se extiende el uso de energías alternativas.

Lo que nos trae de vuelta a Hawai.

Los paneles solares en los techos no sólo producen electricidad en el momento "incorrecto" del día, sino que la producen en voltajes bajos que, según el empresario alemán de energía renovable Alexander Voigt, implica que sólo se puede usar a nivel de comunidad local.

"Nuestra red de electricidad tradicional está construida de manera que la energía fluye de voltaje alto a bajo y no viceversa", explica.

Eso significa que la energía solar sólo puede ser compartida entre unos pocos hogares -típicamente una aldea o un barrio en una ciudad- que comparte la misma estación de energía la cual los conecta a la red nacional.

Voigt ayudó a instalar la compañía de baterías de vanadio que luego compró Gildemeister. Él vislumbra un futuro en el que habrá baterías al lado de los transformadores, que almacenarán el excedente de energía solar de cada comunidad durante el día y lo suministrarán por la noche.