La nueva tecnología climática más popular son los ladrillos
Las baterías de calor podrían ayudar a reducir las emisiones al proporcionar nuevas rutas para usar energía solar y eólica.
Un puñado de nuevas empresas piensa que los ladrillos que retienen el calor podrían ser la clave para llevar energía renovable a algunos de los mayores contaminadores del mundo.
Las industrias que fabrican productos que van desde el acero hasta los alimentos para bebés requieren una gran cantidad de calor, la mayoría del cual actualmente se genera al quemar combustibles fósiles como el gas natural.
La industria pesada representa aproximadamente una cuarta parte de las emisiones mundiales, y las fuentes de energía alternativas que producen menos gases de efecto invernadero (como la eólica y la solar) no pueden generar constantemente el calor que las fábricas necesitan para fabricar sus productos.
Entran baterías de calor.
Un número creciente de empresas está trabajando para implementar sistemas que puedan capturar el calor generado por electricidad limpia y almacenarlo para más tarde en pilas de ladrillos. Muchos de estos sistemas usan diseños simples y materiales disponibles en el mercado, y pueden construirse rápidamente, en cualquier lugar donde se necesiten.
Una demostración en California comenzó a principios de este año, y otros sistemas de prueba la siguen de cerca. Todavía están en las primeras etapas, pero los sistemas de almacenamiento de calor tienen el potencial de ayudar a las industrias a alejarse de los combustibles fósiles.
La tostadora del futuro
Una clave para el éxito potencial de las baterías térmicas es su simplicidad. “Si quieres llegar a una escala gigante, todos deberían estar de acuerdo en que es aburrido y confiable”, dice John O’Donnell, director ejecutivo de la startup de almacenamiento de calor Rondo Energy, con sede en California.
La startup implementó su primer piloto comercial en marzo en una planta de etanol en California. Es básicamente una pila de ladrillos cuidadosamente diseñada.
En el sistema de Rondo, la electricidad viaja a través de un elemento calefactor, donde se transforma en calor. Es el mismo mecanismo que usa una tostadora, dice O'Donnell, solo que mucho más grande y más caliente. Luego, el calor se irradia a través de la pila de ladrillos, calentándolos a temperaturas que pueden alcanzar más de 1500 °C (2700 °F).
El contenedor de acero aislado que alberga los ladrillos puede mantenerlos calientes durante horas o incluso días. Cuando llega el momento de utilizar el calor atrapado, los ventiladores soplan aire a través de los ladrillos. El aire puede alcanzar temperaturas de hasta 1000 °C (1800 °F) a medida que viaja a través de los espacios.
La forma en que se use el calor final dependerá del proceso comercial, dice O'Donnell, aunque muchas instalaciones probablemente lo usarán para convertir el agua en vapor a alta presión.
En el proyecto piloto de Rondo en una planta de biocombustibles en California, se usa vapor durante el proceso de fermentación que produce etanol.
Muchos otros procesos industriales usan vapor para controlar la temperatura en reactores o en otros pasos, como la purificación.
Las baterías térmicas también podrían diseñarse especialmente para procesos de mayor temperatura que hoy en día no utilizan vapor, como la producción de cemento y acero, que requieren temperaturas superiores a los 1000 °C.
Muchos procesos industriales funcionan las 24 horas del día, por lo que necesitarán un calentamiento constante. Al controlar cuidadosamente la transferencia de calor, el sistema de Rondo puede cargarse rápidamente, aprovechando los períodos cortos en los que la electricidad es barata porque hay fuentes renovables disponibles.
Las baterías de calor de la startup probablemente requerirán unas cuatro horas de carga para poder proporcionar calor constantemente, día y noche.
Una cantidad “monstruosa” de calor
Uno de los principales desafíos para las tecnologías de almacenamiento de calor será construir suficientes sistemas para satisfacer la enorme demanda de energía de la industria pesada.
El sector utiliza una cantidad “monstruosa” de calor, dice Rebecca Dell, directora sénior de industria de ClimateWorks. De toda la energía utilizada cada año en la industria, alrededor de las tres cuartas partes se presenta en forma de calor, mientras que hoy en día solo una cuarta parte es electricidad. El calor industrial representa alrededor del 20% de la demanda energética mundial total.
Los combustibles fósiles han sido la forma obvia y más económica de impulsar estos procesos industriales masivos, pero los precios de la energía eólica y solar han caído más del 90 % en las últimas décadas. Dell dice que eso abrió la puerta para que la electricidad desempeñe un papel más importante en la industria.
“Estamos en este momento magnífico en el que podemos dejar de quemar cosas para nuestro calor y hacer que sea más barato”, dice O'Donnell. Hay algunas otras opciones potenciales para usar energía renovable barata en la industria. Algunas instalaciones podrían ajustarse para usar electricidad directamente, en lugar de calor intenso. Las empresas están trabajando en procesos electroquímicos para fabricar cemento y acero, por ejemplo, aunque reemplazar toda la infraestructura en las plantas existentes podría llevar décadas.
El uso de electricidad para generar hidrógeno, que luego se puede quemar para obtener electricidad, es otra ruta potencial, aunque en muchos casos todavía tiene un costo prohibitivo e ineficiente.
Cualquier esfuerzo por satisfacer la enorme demanda de calor de la industria requerirá expansiones dramáticas en la generación de electricidad. Una planta de cemento estándar usa alrededor de 250 megavatios de energía, principalmente en forma de calor, todo el tiempo, dice Dell.
Eso es aproximadamente 250,000 residentes de energía, por lo que electrificar una gran instalación industrial significará agregar una demanda de electricidad equivalente a la de una ciudad pequeña.
Un ladrillo a la vez
Rondo no está solo en su búsqueda para implementar baterías de calor en la industria. Antora Energy, con sede en California, también está construyendo sistemas de almacenamiento de calor utilizando carbono. "Es súper simple, literalmente son solo bloques sólidos", dice el cofundador y director de operaciones, Justin Briggs.
En lugar de usar un elemento calefactor separado (como la "bobina de la tostadora" de Rondo) para convertir la electricidad en calor, el sistema de Antora usará bloques de carbón como un calentador resistivo, por lo que generarán y almacenarán calor.
Esto podría reducir los costos y la complejidad, explica Briggs. Pero la elección también significará que el sistema debe estar cuidadosamente encerrado, ya que el grafito y otras formas de carbono pueden degradarse a altas temperaturas en el aire.
En lugar de solo suministrar calor a la industria, Antora planea ofrecer una opción para proporcionar también electricidad. El enfoque de la startup se basa en dispositivos termofotovoltaicos similares a los paneles solares que capturan la energía del sol. En cambio, el equipo de Antora captura la energía térmica que irradian los bloques calientes y la convierte en electricidad.
Si bien los sistemas de almacenamiento de calor a calor pueden superar el 90 % de eficiencia, convertir el calor en electricidad es mucho más difícil. Los dispositivos de Antora tendrán menos del 50 % de eficiencia cuando se utilicen para la electricidad, en el mismo estadio que muchas turbinas de gas convencionales que se utilizan en la actualidad.
Actualmente, Antora está construyendo su primer sistema piloto en Fresno, California. El sistema tendrá aproximadamente el tamaño de un contenedor de envío y debería estar operativo a finales de este año.
Incluso utilizando materiales disponibles en el mercado, llevará un tiempo que el almacenamiento de calor demuestre su función a los fabricantes y haga una mella significativa en las emisiones industriales.
La tecnología podría ser un componente básico de un nuevo sector industrial respetuoso con el clima. “Tenemos todas las herramientas que necesitamos para transformarnos en una economía sin emisiones de carbono”, dice O’Donnell.
Ahora es el momento de construirlos.
Martin Eduardo Lucione
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Extraído MIT Technology Review Casey Crownhart
