Biocombustibles | Baterías

Hibridación e back-up

Sinerxías en hibridación e respaldo enerxético

A integración de biocombustibles e baterías en sistemas híbridos representa un enfoque prometedor para afrontar os retos da transición enerxética e a descarbonización. Os biocombustibles, obtidos a partir de materia orgánica (residuos agrícolas, aceites vexetais, entre outros), consolidáronse como unha alternativa renovable aos hidrocarburos convencionais grazas á súa capacidade para aproveitar infraestruturas existentes e ofrecer solucións de respaldo fronte a intermitencia.

Pola súa banda, os sistemas de almacenamento con baterías (BESS – Battery Energy Storage Systems) baseados en tecnoloxía de ión-litio permiten respostas instantáneas (<10 ms) e despregamentos rápidos, o que os sitúa como núcleo da flexibilidade de rede. Estes sistemas poden proporcionar servizos como control de frecuencia, reserva operativa e resposta fronte a continxencias.

A combinación híbrida biocombustible-batería aproveita o mellor de ámbolos mundos: as baterías responden a picos instantáneos de demanda ou compensación de fluctuacións, mentres que os xeradores diesel/biodiesel aseguran unha subministración estable en períodos prolongados de baixa xeración renovable. A electrónica de potencia —investidores bidireccionales, convertidores DC–DC multifuncionais— é fundamental na xestión eficiente destes recursos, garantindo a interoperabilidade entre xerador, banco de baterías e rede eléctrica.

Oportunidades futuras na descarbonización global

A hibridación de baterías con renovables e compoñentes de respaldo baseados en biocombustibles é un piar estratéxico no paradigma enerxético de descarbonización. En España, o PNIEC 2030 establece como obxectivo un 74 % de renovables e 6 GW de almacenamento, incluíndo 2,5 GW en baterías. Ademais, a Estratexia de Almacenamento nacional prevé ata 20 GW de capacidade para 2030, o que indica un impulso decidido cara a sistemas híbridos firmes e flexibles.

Dende unha perspectiva tecnolóxica, o custo do almacenamento en baterías reduciuse drasticamente (84 % desde 2010), e en 2023 o LCOE baixou a aproximadamente 117 USD/MWh, con tempos de redución monetaria a medias duns 4,1 anos. Doutra banda, os biocombustibles permiten dar respaldo enerxético continuo e aproveitar infraestruturas xa existentes, evitando investimentos altamente custosos.

A combinación de ambos ofrece múltiples beneficios:
– Optimización do LCOE xeral do sistema.
– Seguridade enerxética fronte a intermitencias elevadas.
– Capacidade de resposta dinámica e sustentabilidade.

No contexto do Plan Nacional de Enerxía e Clima español e de estratexias como a europea de PPA (“Power Purchase Agreements”), esta hibridación perfílase como un instrumento competitivo para pechar o círculo renovable de forma eficiente.

Proxectos en desenvolvemento e perspectivas futuras

a) Sistemas híbridos PV/Biodiésel/Batería para contornas remotas: Un estudo realizado con HOMER e PVSYST para unha estación de telecomunicacións en Grecia mostrou que a configuración optimizada (9 kWp PV + 20 kW biodiésel + bancos de baterías de gran capacidade) melloraba a fiabilidade de subministración do 93 % ao 100 %, á vez que evitaba a emisión de 27,7 tCO₂ ao ano.

b) Integración con hidróxeno e células de combustible: O Centro de Resiliencia de Calistoga (California) combina baterías de ión-litio con pilas de combustible de hidróxeno e un tanque crioxénico, acadando un sistema micro-rede capaz de actuar como soporte autónomo (“black-start”) para fornecer enerxía municipal en casos de corte de rede.

c) Hibridación avanzada con electrónica de potencia: Investigacións recentes promoven convertidores DC–DC multi-porto integrados para sistemas híbridos (batería+ultracondensador+pilas de combustible), posibilitando funcionamento bidireccional e modular, con control eficiente de potencias e redución de compoñentes.

d) Algoritmos de optimización e xestión enerxética (EMS): Estudos demostran que aplicar algoritmos de optimización (PSO, GA, ACO) mellora o sizing dos compoñentes e minimiza o COE, alcanzando fraccións renovables do 97–98 % en sistemas con batería/pila/fotovoltaica. Os sistemas de xestión en tempo real baseados en Mixed Integer Quadratic Programming (MIQP) permiten controlar múltiples stacks de FC+batería, optimizando vida útil e eficiencia operacional.

Papel da electrónica de potencia en cada proceso

A electrónica de potencia desempeña funcións críticas en sistemas híbridos biocombustible-batería:

• Convertidores bidireccionais DC–DC/DC–AC: facilitan a conversión entre batería, xerador e rede, permitindo modos de carga, descarga e paralelo. Son chaves en topoloxías multifontes integradas.
• Investidores intelixentes: xestionan o fluxo de enerxía, aseguran calidade de tensión/frecuencia, e permiten black start ou apoio de rede con alta fiabilidade. No caso de Calistoga, a sinerxia entre BESS e investidores permite a transición rápida a pilas de combustible.
• Sistemas de xestión enerxética (EMS): algoritmos embebidos na electrónica de potencia asignan recursos enerxéticos dinámicamente, optimizando o uso de baterías, biocombustibles e, mesmo, hidróxeno, dentro de restricións de custo e emisións.
• Storages híbridos multi-tecnoloxía: exemplos como VRFB+Li-ión utilizan convertidores DC–DC para equilibrar fluxos de potencia e estender a vida útil do sistema. En aplicacións marítimas, lográronse reducións de peso do 30 % e custos do 28 % fronte a sistemas monotecnogía.

Pros e contras fronte a outras tecnoloxías

Aspecto	Hibridación biocombustible + baterías	Alternativas (só baterías / só biocombustible / hidróxeno)
Vantaxes	Flexibilidade instantánea + respaldo prolongado; alto grao de autónomo; reutilización de infraestruturas.	Só baterías: rápida resposta e menor emisión, pero almacenamento limitado. Só biocombustible: longo respaldo, lenta resposta. Hidróxeno: alto auto-abastecemento, pero alto custo e baixa eficiencia.
Custos	Custo de capital moderado e redución operativa, evitando grandes baterías.	Só baterías: custo crecente para duración prolongada. Hidróxeno: investimento alto en electrólise e FC. Só biocombustible: combustible recorrente.
Emisións	Redución significativa vs diesel. Depende da pegada do biocombustible.	Baterías + renovables: cero emisións directas, pero alta pegada en produción. Hidróxeno: emisión cero, pero eficiencia limitada.
Flexibilidade de rede	Alto: resposta rápida + respaldo estable.	Hidróxeno ten retardo; só baterías rápido pero limitado tempo de respaldo.
Complexidade técnica	Require EMS avanzados e electrónica de potencia multifunción.	Baterías: sistema máis simple; hidróxeno: require infraestrutura complexa.
Madurez tecnológica	Alta. Biocombustibles e baterías xa están despregados; proxectos híbridos en operación real.	Hidróxeno: en medios temperáns. Só baterías: amplamente probadas.

Procesos de fabricación e exemplos reais

• Produción de biodiésel HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) O HVO obtense mediante hidroxenación catalítica de aceites vexetais ou residuos graxas (triglicéridos), usando hidróxeno e catalizadores para eliminar o osíxeno e producir un alcano similar ao gasóleo. Este proceso, utilizado por empresas como Neste (NExBTL/HVO100), cumpre os estándares europeos EN 15940 e EN 590, e permite substituír ata o 100 % do diésel fósil en motores Euro 5/6 sen modificacións. Neste conta con plantas en Porvoo (200 kt/a), Singapura e Róterdan (2×800 kt/a) e HVO100 está dispoñible en países europeos como Finlandia, Suecia e Bélxica.

• Biocombustibles de segunda xeración (2G): pirólisis e gasificación en Europa O proxecto BioMates (UE, H2020) aplica pirólisis rápida ablativa a biomasa lignocelulósica como palla ou Miscanthus a 500 °C, xerando biopetróleo, biocarbón e gas para autoconsumo térmico. En España, a Universidade de Sevilla (Surfcat) desenvolveu procesos que converten residuos urbanos, CO₂ e biomasa en bioaceite ou gases, posteriormente refinados con catalizadores metálicos avanzados; prevese unha planta piloto en Linares, Xaén.

• Instalacións europeas: Cepsa – Bio Oils (Huelva) A joint venture está a construír en Palos de la Frontera unha planta de biocombustibles 2G (SAF + HVO) de 500 kt/a, con 1 200 M € de investimento, 3 millóns tCO₂ evitadas por ano, cero uso de auga doce e dixitalización IoT/AI. O BEI finánciaa con 285 M € dentro de REPowerEU En Paus, Cepsa produciu SAF usado en aeroportos como Madrid, Barcelona ou Sevilla con gran impacto en redución de emisións.

• Exemplos de uso de HVO en España En 2023, Renfe, Maersk e Cepsa realizaron probas exitosas usando HVO 100 % en locomotoras entre Alxeciras e Córdoba (130 t, 500 tCO₂ evitadas). ROR e Cepsa estenden usado HVO a nodos loxísticos; Nestlé planea 42 camións HVO en 2024 e DHL usa 37 camións HVO en Fórmula 1. Bosch–Rhenus exploran HVO en transporte pesado.

O caso das “baterías de metano”

Células de combustible de metano reformado (MCFC e SOFC)

As células de combustible que operan con metano reformado constitúen unha vía avanzada para a xeración descentralizada de electricidade a partir de gases como o biometano, o biogás ou mesmo o gas natural. Estas tecnoloxías non utilizan directamente o hidróxeno como vector enerxético, senón que reforman o metano in situ para producilo e, posteriormente, alimentan unha cela electroquímica onde se produce a reacción redox.

Existen principalmente dous tipos:

• Células de Combustible de Óxido Sólido (SOFC): operan a temperaturas elevadas, ao redor dos 800 °C, o que permite unha alta eficiencia de conversión (superior ao 60 % nalgúns casos) e o aproveitamento directo do biogás. A súa elevada temperatura, con todo, implica un custo importante en materiais, mantemento e control térmico, o que limita a súa implantación a escalas medias e altas, como instalacións industriais ou proxectos de coxeración.

Células de Carbonato Fundido (MCFC): tamén se basean en temperaturas elevadas e, a diferenza das SOFC, permiten o uso directo de metano sen reformado previo. Son especialmente adecuadas para aplicacións industriais de gran escala e operación continua, grazas á súa tolerancia a impurezas do biogás e unha maior flexibilidade na calidade do combustible. Con todo, o seu tamaño, custo e requisitos técnicos dificultan a súa viabilidade en contornas domésticas ou de pequena escala.

Ambas as tecnoloxías presentan un potencial notable en aplicacións como plantas de biogás, edificios intelixentes con autoconsumo ou mesmo o sector naval, onde a xeración distribuída e a eficiencia enerxética son chave.

Células de combustible microbianas (MFCs y MECs)

As celas de combustible microbianas (MFCs) representan unha aproximación radicalmente distinta ao aproveitamento do metano. Estas tecnoloxías baséanse en biorreacciones impulsadas por microorganismos, que metabolizan compostos orgánicos —como materia orgánica disolta ou mesmo metano— e xeran electricidade directamente a través da liberación de electróns.

Unha das liñas máis innovadoras é a investigación en células que empregan microorganismos metanótrofos, capaces de oxidar metano directamente. Con todo, a súa eficiencia actual é baixa, debido á limitada capacidade dos microorganismos para xerar correntes significativas, e á complexidade do sistema biolóxico e o seu escalado industrial.

A pesar destas limitacións, as MFCs ofrecen unha sinerxia interesante: combinan a depuración de augas residuais ou residuos orgánicos coa xeración de enerxía. Este dobre uso convérteas en candidatas ideais para proxectos piloto en estacións de tratamento ou en contextos rurais onde se prioricen solucións limpas e multifuncionais.

Baterías químicas baseadas en reaccións con metano

Nun estadio aínda máis incipiente, diversas investigacións exploran o uso do metano como reactivo en sistemas híbridos de almacenamento enerxético. Nestes deseños, o metano participa en reaccións redox controladas que permiten cargar ou descargar baterías.

Aínda que os resultados iniciais suxiren un posible uso en aplicacións de autoconsumo —especialmente en instalacións agroindustriais ou granxas con excedente de biogás—, estes sistemas presentan múltiples desafíos. Entre eles destacan a complexidade de integrar a xestión dun gas coa estabilidade e seguridade propias das baterías, así como as perdas intermedias de eficiencia enerxética.

Polo tanto, trátase dunha vía prometedora pero aínda en fase de laboratorio, que requirirá avances significativos na química de materiais, seguridade operativa e deseño de ciclo de vida.

Comparativa técnica e operativa

Dende o punto de vista operativo e técnico, as distintas tecnoloxías presentan vantaxes e limitacións claramente diferenciadas:

As SOFC ofrecen alta eficiencia e compatibilidade con biogás reformado, pero a súa implantación está limitada polos elevados custos operativos e as esixencias térmicas. Son óptimas para industrias ou edificios con demanda eléctrica e térmica continuada.

As MCFC permiten unha maior marxe de impurezas no combustible, o que as fai atractivas para plantas de biogás rurais ou industriais, sempre que se xustifique a súa escala e mantemento.

As MFCs, aínda que aínda non maduras comercialmente, apuntan a unha vía limpa e sostible con beneficios paralelos no tratamento de residuos. A súa baixa potencia específica relégaas por agora ao ámbito experimental ou a aplicacións combinadas con depuración.

Conclusión

A integración híbrida de biocombustibles e baterías, xestionada mediante electrónica de potencia avanzada e EMS optimizados, ofrece unha solución robusta, flexible e alcanzable no contexto da transición enerxética. Facilita un mix enerxético que compatibiliza resposta inmediata, respaldo prolongado, redución de emisións, e capacidade de adaptación a infraestruturas existentes. Aínda que presenta complexidade técnica e loxística (xestión múltiple de vectores enerxéticos, necesidade de algoritmos e electrónica sofisticada), o seu despregamento estratéxico pode acelerar a descarbonización de sectores illados ou de soporte á rede.
Ademais opcións como o metano —e especialmente o biometano— perfílase como un recurso enerxético versátil que pode integrarse tanto en tecnoloxías maduras como en sistemas emerxentes, reforzando a transición cara a modelos máis sostibles de xeración e almacenamento enerxético descentralizado.

Fronte a configuracións monotecnológicas, a hibridación resulta altamente competitiva en custo total de propiedade e confiabilidad, posicionándose como un elemento central dos sistemas enerxéticos do futuro.

Referencias

1. Información sobre HVO100 e NExBTL – Neste, EN‑normas es.wikipedia.org+2es.wikipedia.org+2en.wikipedia.org+2
2. Detalles planta Neste (Porvoo, Singapur, Rotterdam) en.wikipedia.org+1es.wikipedia.org+1
3. Proxecto BioMates (UE H2020, pirólisis lignocelulósica) cordis.europa.eu+1elpais.com+1
4. Surfcat Univ. Sevilla, gasificación/catálisis residuos urbanos – planta en Linares elpais.com
5. Planta Cepsa–Bio‑Oils, Huelva (500 kt/a, 1 200 M €, BEI 285 M €) moeveglobal.com+4esambiental.com+4new.energias-renovables.com+4
6. Usos do HVO en sector ferroviario/loxística en España (Renfe, DHL, Nestlé, Bosch) logisticaprofesional.com
7. Impulso UE a baterías e hidróxeno (Fondo Innovación) ec.europa.eu

Foto de Limonita, de onde se extrae o ferro, de Björn Wylezich.