La evolución de las baterías de flujo redox a lo largo de varias décadas ha visto cómo se desarrollaban, comercializaban o incluso abandonaban diversas químicas debido a factores como la escasa reversibilidad electroquímica y la contaminación cruzada de las especies activas. La batería de flujo redox de vanadio (VRFB) ha prevalecido como la química de RFB más extendida y comercializada en la última década;

a pesar de ello, el volumen de sus instalaciones para aplicaciones estacionarias de almacenamiento de energía sigue siendo mínimo en comparación con la batería de iones de litio, y las barreras económicas inhiben su crecimiento en el mercado. Sin embargo, como sugiere el informe de mercado de IDTechEx, «Redox Flow Batteries Market 2024-2034: Forecasts, Technologies, Markets», una combinación de factores que incluye la evolución de los mercados del vanadio, el desarrollo de químicas RFB más baratas y la futura demanda de tecnologías de almacenamiento de energía de larga duración (LDES), podría hacer que aumente la penetración de la batería de flujo redox en el mercado estacionario de almacenamiento de energía en los próximos años. Estos avances contribuirán al crecimiento del mercado de las VRFB e IDTechEx prevé que en 2034 este mercado estará valorado en 2.800 millones de dólares.

Barreras económicas para los VRFB

Los VRFB han sufrido unos elevados costes iniciales debido al electrolito de vanadio y a las membranas empleadas. El electrolito de vanadio representa entre el 30 y el 50% del coste unitario de un VRFB y depende del tamaño total del sistema y de la duración del almacenamiento necesario. Las membranas que se suelen utilizar en los VRFB son las caras membranas catiónicas de intercambio iónico, como la NafionTM de The Chemours Company. Es poco probable que se produzcan reducciones significativas en el coste de las membranas, ya que las versiones más baratas podrían afectar al rendimiento de los VRFB. Esto podría incluir una reducción de la capacidad de intercambio iónico o de la conductividad iónica, una mayor permeabilidad de las especies activas o una menor resistencia química a las especies agresivas. Sin embargo, la explotación de nuevas minas de vanadio podría facilitar la reducción de los costes iniciales de los electrolitos, aumentando así el suministro de electrolitos o la adopción de modelos de alquiler de electrolitos de vanadio.

Suministro de electrolito de vanadio y modelos de leasing

En 2021, los mineros suministraron 120.000 toneladas de vanadio en todo el mundo, incluidos los principales actores Glencore, Largo y Bushveld, de las cuales el 92% se destinó a la producción de acero y el 2% se suministró al mercado de VRFB. En la producción de acero, el vanadio se utiliza como agente de refuerzo en armaduras, edificios y otras infraestructuras industriales. Por ello, los fabricantes de VRFB competirán con los productores de acero por el suministro de vanadio. El limitado crecimiento de la oferta de vanadio, su demanda en continuo aumento y la concentración de la oferta en China y Rusia mantendrán el coste del vanadio alto a medio plazo. Sin embargo, los mineros junior están explorando oportunidades para establecer nuevas minas de vanadio, centrándose sobre todo en Canadá y Australia. El éxito en la explotación de estos recursos podría traducirse en un mayor suministro de vanadio, lo que reduciría potencialmente su coste y, por tanto, facilitaría la reducción de los gastos de capital de los VRFB y mejoraría su rentabilidad.

Los desarrolladores de VRFB también podrían alquilar el electrolito a un proveedor de vanadio durante la vida útil del VRFB. Por ejemplo, Invinity Energy Systems, uno de los principales desarrolladores de VRFB, ha creado una empresa llamada Vanadium Electrolyte Rental Limited (VERL) con Bushveld Minerals. VERL ofrece a sus clientes la posibilidad de alquilar el electrolito. Esto ayuda a reducir el coste de capital de un VRFB, haciéndolo más competitivo frente a las baterías de iones de litio para aplicaciones de almacenamiento estacionario. Sin embargo, es evidente que el cliente que alquile el electrolito incurrirá en mayores costes a lo largo de la vida útil del proyecto VRFB que si pagara al proveedor del electrolito con capital inicial. El electrolito también podría recuperarse al final de la vida útil del VRFB mediante ultrafiltración u otros pasos de reprocesamiento más complejos. El electrolito alquilado podría, por tanto, ser recogido por un fabricante de electrolitos y reprocesado para producir pentóxido de vanadio. Por lo tanto, las partes que alquilan pueden volver a obtener la gran mayoría de su electrolito alquilado, mejorando el atractivo de este modelo de negocio desde su perspectiva.

Actividad de los actores del VRFB

A pesar de las barreras económicas que hay que superar para ayudar a facilitar una adopción comercial más generalizada del VRFB, los signos de actividad continuada de los principales actores sugieren que esta tecnología seguirá desplegándose, aunque en menor volumen que las baterías de iones de litio para aplicaciones de almacenamiento estacionario. IDTechEx estima que, acumulativamente, se han instalado más de 800 MWh de VRFB en todo el mundo hasta 2022. Esta cifra está sesgada por una instalación de 400 MWh realizada por la empresa china Dalian Rongke Power en 2022. Se trata de un sistema de almacenamiento de 4 horas de duración, que apoya la conexión de nuevas fuentes de generación renovable a la red de Dalian y reduce los picos de carga eléctrica en la región. Se espera que una segunda fase del proyecto alcance los 200 MW / 800 MWh. La actividad de mercado de otros actores del VRFB incluye instalaciones realizadas por los actores clave Sumitomo Electric Industries (Sumitomo), Invinity Energy Systems, H2 Inc. y CellCube. Además, en febrero de 2023, Sumitomo anunció que ampliará su negocio de RFB, realizando una inversión inicial de 7,6 millones de dólares para preparar la producción local y la instalación de RFB en Estados Unidos. Estas empresas quieren seguir ampliando su cartera de proyectos y sus operaciones comerciales.

La promesa de una química de RFB más barata

Sin embargo, otras RFB que utilizan materiales activos más baratos y disponibles para el electrolito podrían suponer una amenaza futura para los operadores de VRFB. Se están desarrollando otros productos químicos como el hierro puro, el zinc-bromo, el zinc-hierro y el hidrógeno-bromo, entre otros. IDTechEx estima que los costes de los electrolitos de estos sistemas RFB son aproximadamente un orden de magnitud inferiores a los de los electrolitos de vanadio, lo que representa una ventaja clave.

Aunque en los últimos años se han puesto en marcha varios proyectos piloto y proyectos de demostración comercial de muchas de estas químicas, el actor clave CMBlu Energy AG (CMBlu), que desarrolla una tecnología de batería de flujo redox orgánica (ORFB), parece estar orientándose hacia la comercialización de la tecnología. En octubre de 2023, el grupo tecnológico STRABAG invirtió 100 millones de euros (~108 millones de dólares) en CMBlu. IDTechEx ha identificado esta como una de las mayores rondas de financiación en una empresa de RFB en los últimos años, superada solo por Dalian Rongke Power (desarrollador de VRFB), que recaudó más de 145 millones de dólares, y WeView (desarrollador de zinc-hierro), que recaudó más de 140 millones de dólares entre 2022 y 2023, respectivamente. Además, Mercedes-Benz Group AG encargó un ORFB de 11 MWh a CMBlu en marzo de 2024 y se espera que entre en funcionamiento en el segundo semestre de 2025, marcando uno de los mayores proyectos de un ORFB a nivel mundial. Si bien estos avances significan una actividad comercial en curso para los ORFB, será necesario el rendimiento sobre el terreno de estas tecnologías para empezar a validar cualquier ventaja técnica sobre los VRFBS u otras químicas RFB a escala comercial.

Futuras aplicaciones de los RFB para el almacenamiento de energía de larga duración

Independientemente de la química, es importante tener en cuenta cuándo se espera que aumente la demanda de tecnologías RFB. Las baterías de iones de litio presentan un CapEx competitivo o inferior al de muchas de las químicas alternativas de RFB en almacenamientos de corta duración (1 - 4 horas). Además, la eficiencia de ida y vuelta de las baterías de iones de litio es mayor que la de las RFB, lo que supone otra ventaja. Las baterías de iones de litio se han utilizado a una escala mucho mayor que las RFB para aplicaciones de almacenamiento de energía estacionaria, como el cambio de energía, o para proporcionar servicios auxiliares a la red durante periodos cortos.
Sin embargo, a medida que aumente la penetración de las energías renovables variables (ERV) en las redes eléctricas de regiones clave, también lo hará la necesidad de gestionar la imprevisibilidad y variabilidad del suministro eléctrico procedente de estas fuentes. Se necesitarán sistemas de almacenamiento de energía para despachar energía en plazos más largos cuando no se disponga de energía procedente de fuentes VRE. Las baterías de flujo redox serían muy adecuadas como tecnología de almacenamiento de energía de larga duración (LDES), dada la capacidad de desacoplar su capacidad energética y su potencia de salida. Esto puede reducir el CapEx de las RFB (sobre una base de $/kWh) en duraciones más largas de almacenamiento, haciéndolas más viables económicamente para desplegar que las baterías de iones de litio en estas duraciones más largas. Sin embargo, no se espera que la demanda de tecnologías LDES aumente hasta mediados de la década de 2030 en regiones clave y, por tanto, es cuando es probable que aumente la demanda de RFB, independientemente de su composición química.

Perspectivas de las pilas de flujo redox
Históricamente, la VRFB ha sido la tecnología de RFB dominante, la más extendida y la mejor comprendida. Sin embargo, su elevado coste inicial ha sido uno de los principales obstáculos para su implantación más generalizada, y las baterías de iones de litio siguen dominando el mercado de almacenamiento en baterías estacionarias. El posible aumento del suministro de vanadio gracias a la explotación de nuevas minas y la adopción de modelos de alquiler de electrolitos podrían reducir los costes iniciales de las VRFB, mejorando su viabilidad económica. A corto plazo, es probable que los VRFB sigan dominando el mercado de los RFB debido a la mayor difusión comercial de estas tecnologías y a las cadenas de suministro ya establecidas entre los proveedores de electrolitos y componentes y los desarrolladores de VRFB. Sin embargo, las empresas que desarrollen productos químicos para RFB más baratos y utilicen materiales más disponibles podrían tratar de aumentar su cuota de mercado de RFB. En última instancia, se espera que la demanda de tecnologías LDES no haga sino aumentar en la próxima década, en la que las RFB serán probablemente un candidato idóneo. Por lo tanto, una penetración creciente de las tecnologías RFB, independientemente de la química, es probable sólo a largo plazo.

Autor: Conrad Nichols, analista tecnológico senior de IDTechEx