La fórmula mágica de las bombas de calor para la descarbonización de la calefacción residencial

Tras el tórrido verano y los recientes acontecimientos relacionados con efectos de dos DANA (Depresión Aislada en Niveles Altos), ya nadie tiene dudas de la amenaza real e inminente de los efectos del cambio climático. Una importante parte de la contribución al calentamiento global son las emisiones de la quema de combustibles fósiles, extensamente utilizada en España en nuestras instalaciones térmicas y de climatización.

La necesaria transición hacia sistemas de calefacción y ACS limpios, no basados en combustibles fósiles y sin emisiones de gases de efecto invernadero, requiere de todas las tecnologías disponibles que cumplan con objetivos de reducción de estos gases. Sin embargo, en lo que se refiere al uso eficiente de la energía en cada aplicación, hay sistemas más eficientes que otros. Es crucial tener esto en cuenta para seleccionar las tecnologías adecuadas para cada uso, que aseguren disponibilidad, eficiencia, sostenibilidad y viabilidad económica en escenarios futuros.

AFEC – Asociación de Fabricantes de Equipos de Climatización – ha realizado recientemente una Comparación de sistemas de calefacción doméstica, en el que se analizan la eficiencia energética de los sistemas domésticos más habituales que producen calor para confort humano y para agua caliente sanitaria (ACS), así como sus emisiones de CO2, y también hace una estimación de los costes operativos de estas instalaciones térmicas en una vivienda tipo, utilizando una metodología transparente y fuentes, hechos y evidencias públicas y contrastadas.

Hoy los edificios suponen en el mundo el ≈32% de la demanda de energía final (≈36.000 TWh) y el ≈8% de las emisiones globales (≈3 Gt CO2). En España, según fuentes de Eurostat, un 63,5% del consumo de energía final en el sector residencial se utilizó para calentar hogares y producir ACS.

El origen de esa energía es mayoritariamente fósil, destacando el uso del gas natural, que para calefacción llega al 25,62% y en ACS al 48,88% de los consumos, siendo todo este gas de importación en el caso de España.

Análisis comparativo de sistemas de calefacción doméstica

Para el análisis comparativo se realiza una descripción de los procesos incluidos en la cadena de producción y distribución hasta el consumidor de los diferentes combustibles y de la electricidad. Se ha valorado el peor y el mejor escenario de cada tecnología para poder ofrecer un rango de comparación que admita toda la casuística posible.

El análisis se centra en tres parámetros principales:

1.     Eficiencia, expresada como % de la energía primaria aprovechada para entregar la energía final (tras descartar todas las pérdidas), considerándose datos del mejor caso (máxima energía final) y del peor (mínima energía final).

2.     Emisiones de CO2 producidas por unidad de energía entregada. Se toman valores medios expresados en kgCO2eq/MWh.

3.     Coste variable del calor entregado: se listan valores mínimos (mejor caso) y máximos (peor caso) en términos de coste anual para un hogar promedio que consume 8MWh en calefacción y agua caliente sanitaria (ACS). Se incluye también el coste en €/MWh para los dos escenarios considerados.

Se han seleccionado los sistemas de calefacción más habituales y/o que forman parte del debate social en la actualidad:

•       Calderas diésel o gasóleo

•       Calderas de gas natural

•       Calderas de biometano

•       Calderas de biomasa

•       Calderas de hidrógeno al 100% y en mezcla al 20% con gas natural

•       Calderas y radiadores eléctricos

•       Bombas de calor eléctricas

Para cada uno de estos sistemas, se define la cadena de producción de la energía térmica, se realiza una evaluación concienzuda de pérdidas energéticas, y se evalúan las emisiones y el coste energético, aplicándolo a cada uno de los sistemas de calefacción.

Por simplicidad, no se incluye la contribución de la refrigeración de los hogares, pues implicaría añadir un equipo de refrigeración (aire acondicionado) en todos los casos salvo en el de la bomba de calor, que ya es capaz de dar ese servicio. En algunos casos tampoco se han incluido costes de inversión en infraestructura (por ejemplo, en equipos de producción, compresión y almacenamiento), o el coste del agua empleada en algunos de los procesos.

Y también en aras de la simplificación del modelo, se han dejado fuera consideraciones detalladas sobre las emisiones vinculadas a las calderas de combustión, tanto las basadas en combustibles fósiles como de origen renovable, debido a que en cualquier proceso de combustión se producen inevitablemente NOx (óxidos de nitrógeno), y otras partículas, como PM2,5 PM10, PM1, que en su conjunto son perjudiciales para el medioambiente y la salud. Simplemente se indica una referencia al valor habitual de NOx para cada tipo de combustible.

Las conclusiones son claras

La bomba de calor es simultáneamente la tecnología más eficiente en el uso de la energía, la de menos emisiones de CO2 y la de menor coste operativo en este estudio, ya que se sitúa en la primera o la segunda posición del resultado del análisis de cada una de las variables estudiadas.

•       Las bombas de calor eléctricas son la tecnología más eficiente con el uso de la energía para la calefacción doméstica (entre 2 y 4 veces más eficientes que el resto de los sistemas).

•       Su eficiencia energética y el mix cada vez más renovable del sistema eléctrico, hace que, incluso los sistemas instalados hace años, proporcionen servicios térmicos (calefacción y ACS) con las menores emisiones (cero in situ, 7 veces por debajo que las de las calderas de gas natural), y de muy bajas emisiones globales, sólo superadas por calderas de hidrógeno cuando éste es puro y de fuentes 100% renovables. Otros sistemas de bajas emisiones son el biometano y la biomasa.

•       La biomasa está en primer lugar en costes operativos, después la bomba de calor, y seguidamente el gas natural. El biometano no es tan competitivo en costes como los anteriores.

•       La combustión de hidrógeno renovable no es la solución más viable para la calefacción de los hogares, ni por eficiencia (5 veces inferior a las bombas de calor, 40% vs 200% en el peor caso), ni por coste (casi 3 veces superior). Las bajas emisiones de hidrógeno 100% de origen renovable, le convierten en un excelente candidato para la producción de energía eléctrica, pero no para su uso en calefacción o ACS.

•       La combustión de biometano sería viable a priori, y además compensar emisiones de CO2. Sin embargo, desde el punto de vista de eficiencia, existen mejores alternativas: por cada MWh de energía útil se consumen 3 MWh de energía, debido al gran consumo energético en el proceso de producción; en la práctica requerirá resolver aspectos como el potencial real disponible, el origen del combustible y el uso de energía renovable en sus procesos.

•       La combustión de biomasa sería viable a priori. Debe utilizarse combustible de proximidad y de origen sostenible según criterios exigentes de la nueva Directiva de Renovables, por lo que será necesario valorar el potencial disponible.

Proyección a futuro

Siguiendo las previsiones del PNIEC publicado en 2024, en términos macroeconómicos la sustitución de la demanda de gas de origen fósil por bombas de calor eléctricas supondría un ahorro de 354 M€ en importaciones de gas, una herramienta clave para reducir la dependencia energética y fomentar la seguridad del abastecimiento energético, en línea a los objetivos establecidos en el plan REPowerEU.

Y considerando que en el mismo PNIEC estima la previsión de una contribución renovable al sistema eléctrico más asequible y cercana al 80% para 2030, se espera que las bombas de calor sean cada vez más competitivas en el aspecto económico en el medio plazo, incluso las ya instaladas y en funcionamiento desde hace años.