A primera vista puede parecer paradójico, pero el sector de la industria pesada es a la vez un productor clave de emisiones de carbono y una pieza clave para avanzar hacia un futuro de energía limpia: proporciona las piezas para las turbinas eólicas, los paneles solares y otras tecnologías que han situado el coste de la energía renovable por debajo del de los combustibles fósiles, y está ayudando a convertir los autos y camiones en eléctricos.
Por otro lado, según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), la demanda mundial de cemento y acero se ha duplicado desde el cambio de milenio, y el hambre de plásticos producidos por las empresas químicas ha aumentado más de un 90%.
Combinadas, las industrias del acero, el hormigón y los productos químicos producen emisiones de carbono comparables a las de todo el transporte por carretera, según la AIE, lo que las convierte en un objetivo atractivo, aunque desalentador, para las nuevas tecnologías descarbonizadoras.
No será fácil reducir las emisiones de la industria pesada, pero puede ser más fácil de lo que pensamos. Algunas nuevas empresas tienen la creencia de que los materiales capaces de retener calor podrían ser la solución para llevar energía renovable a los mayores contaminantes del planeta.
Las industrias que necesitan grandes cantidades de calor, como la del acero o la alimentaria, suelen quemar combustibles fósiles como el gas natural, lo que genera una cuarta parte de las emisiones mundiales. A pesar de que las energías renovables como la solar o la eólica emiten menos gases de efecto invernadero, no pueden generar el calor necesario para fabricar productos en las fábricas.
Sin embargo, están surgiendo nuevas empresas que trabajan en sistemas para capturar y almacenar el calor generado por la electricidad limpia en baterías térmicas hechas con ladrillos. Estos sistemas utilizan diseños sencillos y materiales disponibles en el mercado, y podrían construirse en cualquier lugar donde se necesiten. En California, ya se ha llevado a cabo una demostración a principios de año, y otros sistemas de prueba están en camino. Aunque están en sus primeras fases, los sistemas de almacenamiento de calor pueden ayudar a las industrias a abandonar los combustibles fósiles.
Combatir el cambio climático con ladrillos calientes
Una de las claves del éxito potencial de las baterías térmicas es su sencillez. “Si se quiere llegar a una escala gigantesca, todo el mundo debería estar de acuerdo en que es aburrido y fiable”, afirmó en diálogo con la revista MIT Technology Review, John O’Donnell, director general de la empresa californiana Rondo Energy, dedicada al almacenamiento de calor.
En marzo, la startup desplegó su primer piloto comercial en una planta de etanol de California, el cual consiste en una pila de ladrillos cuidadosamente diseñada. El sistema funciona de la siguiente manera: la electricidad pasa por un elemento calefactor, transformándose en calor.
Este calor se irradia por la pila de ladrillos, elevando su temperatura a más de 1.500 °C (2.700 °F). El contenedor de acero aislado que alberga los ladrillos es capaz de mantenerlos calientes durante horas o días. Cuando se requiere el calor almacenado, unos ventiladores hacen pasar aire a través de los ladrillos, elevando la temperatura del aire a más de 1.000 °C (1.800 °F) al pasar por los huecos.
El uso del calor dependerá del proceso comercial para el que se requiera, según O’Donnell. Sin embargo, muchas instalaciones podrían utilizarlo para convertir agua en vapor a alta presión.
Durante el proyecto piloto de Rondo en una planta de biocombustibles en California, el vapor se utiliza en el proceso de fermentación que produce etanol. Además, muchos otros procesos industriales utilizan vapor para controlar la temperatura de los reactores o en otras etapas, como la purificación.
Las baterías térmicas también pueden diseñarse para procesos de alta temperatura que actualmente no utilizan vapor, como la producción de cemento y acero, que requieren temperaturas superiores a 1.000 °C.
Es probable que muchos procesos industriales necesiten un calentamiento constante, ya que funcionan las 24 horas del día. El sistema de Rondo puede cargarse rápidamente y controlar cuidadosamente la transferencia de calor para aprovechar los breves periodos en que la electricidad es barata debido a la disponibilidad de fuentes renovables. Para suministrar calor constantemente, día y noche, las baterías térmicas de la startup necesitarán aproximadamente cuatro horas de carga.
Una cantidad “monstruosa” de calor
Uno de los mayores retos de las tecnologías de almacenamiento de calor será construir sistemas suficientes para satisfacer la enorme demanda energética de la industria pesada. El sector utiliza una cantidad “monstruosa” de calor, según Rebecca Dell, Directora de Industria de ClimateWorks.
De toda la energía utilizada cada año en la industria, unas tres cuartas partes son en forma de calor, mientras que actualmente sólo una cuarta parte es electricidad. El calor industrial representa alrededor del 20% de la demanda total de energía mundial.
Los combustibles fósiles han sido la forma más obvia y económica de alimentar estos enormes procesos industriales, pero los precios de la energía eólica y solar han caído más de un 90% en las últimas décadas. Para la especialista, esto permitió que la electricidad desempeñe un papel más importante en la industria.
“Estamos en un momento magnífico en el que podemos dejar de quemar cosas para calentarnos y que sea más barato”, destacó O’Donnell.
Hay algunas alternativas adicionales para utilizar energías renovables baratas en la industria. Una opción es que algunas instalaciones se adapten para utilizar directamente electricidad en lugar de calor elevado. Las empresas están trabajando en procesos electroquímicos para fabricar cemento y acero, aunque la sustitución de toda la infraestructura de las plantas existentes podría llevar décadas. Otra alternativa potencial es utilizar la electricidad para producir hidrógeno, que luego se puede quemar para producir electricidad, aunque en muchos casos sigue siendo prohibitivo e ineficiente.
Cualquier intento de satisfacer la enorme demanda de calor de la industria requerirá un aumento espectacular en la generación de electricidad. Según Dell, una fábrica de cemento normal consume alrededor de 250 megavatios de energía, principalmente en forma de calor, lo que equivale a la energía de unos 250,000 habitantes. Por lo tanto, electrificar una gran instalación industrial significaría añadir una demanda de electricidad equivalente a la de una pequeña ciudad.
Paso a paso, ladrillo a ladrillo
(JIHED ABIDELLAOUI/)
Rondo no está sola en su empeño por implantar baterías térmicas en la industria. Antora Energy, con sede en California, también está construyendo sistemas de almacenamiento de calor, utilizando carbón. “Es muy sencillo: se trata literalmente de bloques sólidos”, explicó Justin Briggs, cofundador y director de operaciones.
En lugar de utilizar un elemento calefactor independiente (como la “bobina tostadora” de Rondo) para convertir la electricidad en calor, el sistema de Antora utilizará bloques de carbono como calefactor resistivo, de modo que generen y almacenen calor a la vez. Esto podría reducir costes y complejidad, según Briggs. Pero la elección también implica que el sistema debe estar cuidadosamente cerrado, ya que el grafito y otras formas de carbono pueden degradarse a altas temperaturas en el aire.
En lugar de limitarse a suministrar calor a la industria, Antora planea ofrecer también la opción de suministrar electricidad. El planteamiento de la startup se basa en la termofotovoltaica, dispositivos similares a los paneles solares que captan la energía del sol. En cambio, los equipos de Antora captan la energía térmica que irradian los bloques calientes y la convierten en electricidad.
Aunque los sistemas de almacenamiento de calor pueden superar el 90% de eficiencia, convertir el calor en electricidad es mucho más difícil. Los dispositivos de Antora tendrán una eficiencia inferior al 50% cuando se utilicen para producir electricidad, lo que equivale a la de muchas turbinas de gas convencionales que se utilizan hoy en día.
Antora está construyendo su primer sistema piloto en Fresno (California). Tendrá el tamaño aproximado de un contenedor de transporte y estará operativo a finales de este año.
Aunque se utilicen materiales disponibles en el mercado, el almacenamiento térmico tardará un tiempo en demostrar su utilidad a los fabricantes y reducir significativamente las emisiones industriales. Pero esta tecnología podría ser uno de los pilares de un nuevo sector industrial respetuoso con el medioambiente. “Tenemos todas las herramientas necesarias para pasar a una economía de carbono cero”, aseguró O’Donnell. Y concluyó: “Ahora es el momento de construirlas”.
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