FourthPower afirma que su tecnología de almacenamiento de energía "solar en una caja" de temperatura ultraalta es más de 10 veces más barata que las baterías de iones de litio y más potente y eficiente que cualquier otra batería térmica. La empresa espera demostrarlo con un prototipo de 1 MWh.
Como solución de almacenamiento de energía a escala de red, Fourth pretende competir con grandes conjuntos de baterías de litio en escalas de tiempo cortas de 5 a 10 horas, esencialmente almacenando el exceso de energía solar durante las altas temperaturas del día para su uso por la tarde y la noche cuando cae la producción de energía. Pero la compañía dijo que también podría alcanzar la etapa de 100 horas, que cubriría "varios días de clima severo y generación renovable insuficiente".
Es una de varias empresas de almacenamiento de energía térmica que están surgiendo en Massachusetts y respaldadas por el Breakthrough Energy Ventures Fund de Bill Gates. Quizás recuerdes a Antora Energy de hace unos meses, como sus baterías de bloque de carbono de temperatura ultraalta y sus convertidores de energía termofotovoltaicos de alta eficiencia.
La idea es simple: utilizar el exceso de energía renovable para calentar algo en un sistema de almacenamiento altamente aislado. Tanto Antora como Fourth utilizan bloques de grafito grandes, ultrabaratos y abundantes para el almacenamiento de energía a granel, que Fourth calienta a una temperatura candente de 2.500 °C (4.530 °F).
La energía se mueve a través del sistema de la Compañía 4 a través de estaño metálico líquido, que tiene un punto de fusión relativamente bajo de 232°C (450°F). Este es el secreto de Company 4, que se basa en una bomba con récord mundial Guinness diseñada por su fundador, el Dr. Assegun-Henry. El metal líquido destruiría las bombas de metal a temperaturas superiores a aproximadamente 1.000 °C (1.800 °F), pero Henry afirma que su diseño cerámico puede funcionar a "casi la mitad de la temperatura del sol", lo que suponemos significa más de 5.600 °C (10.000 °F) en la superficie del sol en lugar de los 15 millones de °C (27 millones de °F) en el núcleo.
Las bombas mueven estaño líquido sobrecalentado a través de un sistema de tuberías de grafito, transfiriendo el calor del elemento calefactor al bloque de grafito y luego del bloque de grafito a un sistema de recuperación de energía cuando es necesario devolver el calor a la red.
Para recuperar energía, se bombea estaño líquido a través de una gran cantidad de tubos estrechos de grafito en una serie de celdas de recolección de energía. Los tubos se calientan y emiten luz intensa, recolectando energía a través de células termofotovoltaicas (TPV), que son muy similares a las células solares pero sintonizadas para funcionar de manera óptima con este sistema de almacenamiento. A estas temperaturas, casi toda la transferencia de calor se realiza en forma de luz en lugar de calor conductivo o convectivo, por lo que estos sistemas de termopilas pueden recolectar energía utilizando principios fotovoltaicos. De hecho, esa es la razón principal detrás del nombre de la empresa; la luz emitida por un objeto es proporcional a la "cuarta potencia" de su temperatura absoluta.
El año pasado, el Dr. Henry y su equipo en el MIT anunciaron eficiencias récord en extracción de energía térmica, extrayendo más energía del calor que una turbina de vapor. Para una eficiencia óptima, estas celdas recogen solo la parte más energética del espectro de longitud de onda, y los espejos detrás de las celdas reflejan el resto de la luz para retener la mayor cantidad de calor posible en el estaño líquido.
Después de recolectar la energía, el estaño líquido cae de aproximadamente 2400 °C a 1900 °C (4350 °F a 3450 °F) y luego regresa al elemento calefactor para ser "cargado" cuando haya energía disponible.
La compañía dice que el sistema de bomba de estaño líquido combinado con estas celdas de elastómero termoplástico vulcanizado de alta eficiencia proporciona una batería térmica de respuesta increíblemente rápida que puede entregar energía a la red segundos después de los picos de demanda, con una densidad de potencia sin precedentes ya que el sistema "transfiere de 10 a 100 veces más calor que los dispositivos de tamaño similar de cualquier otra compañía".
Cuarto dijo que el objetivo es aumentar la eficiencia energética de ida y vuelta de estas baterías térmicas a aproximadamente el 50%, lo que no es alto en comparación con la mayor eficiencia de los grandes conjuntos de baterías de litio. Esto también parece suponer un crecimiento considerable en el frente de los TPV, ya que el récord establecido en 2022 es de casi el 41%. En el caso del uso del almacenamiento a largo plazo, la eficiencia será aún menor, con una pérdida estimada del 1% de la energía almacenada por día.
Sin embargo, la clave para poder jugar el juego de poder es el dinero en efectivo y, en este sentido, Cuarto dijo que no hay absolutamente ninguna disputa. Está hecho casi en su totalidad de grafito y estaño súper baratos en lugar de costoso litio refinado, por lo que un dispositivo basado en litio podría costar alrededor de 330 dólares por kilovatio hora de energía almacenada y devuelta, mientras que el Cuarto afirma que puede hacer el mismo trabajo por menos de 25 dólares. Entonces, aunque desperdicia más energía, sigue siendo una opción sólida desde una perspectiva económica.
Además, es más seguro que las baterías de litio porque no hay posibilidad de fuga térmica o explosión, e incluso si el estaño líquido logra escapar de los conductos, se congelará inmediatamente y se convertirá en metal tan pronto como llegue al aislamiento o al piso de concreto de la instalación, que se llena con gas argón para evitar la oxidación.
Recientemente, Fourth anunció que había recibido 19 millones de dólares en financiación Serie A, con la participación de Breakthrough Energy Ventures y Black Venture Capital Consortium. Los fondos se utilizarán para construir una instalación prototipo de 1 millón de kilovatios-hora cerca de Boston, que se espera que esté terminada en 2026. El tiempo de comercialización de Fourth estará muy por detrás del de Antora, que ya está produciendo baterías termoplásticas vulcanizadas y espera tener una instalación de baterías térmicas en operación comercial para 2025.