Una tecnología cuyas raíces se remontan a la Edad del Bronce puede ofrecer una solución rápida y económica para ayudar a alcanzar el objetivo climático de las Naciones Unidas de emisiones netas cero para 2050, según una reciente investigación dirigida por Stanford en PNAS Nexus .
La tecnología consiste en ensamblar ladrillos que absorben el calor en un contenedor aislado, donde pueden almacenar el calor generado por la energía solar o eólica para su uso posterior a las temperaturas requeridas para los procesos industriales. El calor puede luego liberarse cuando sea necesario haciendo pasar aire a través de canales en las pilas de “ladrillos refractarios”, lo que permite que las fábricas de cemento, acero, vidrio y papel funcionen con energía renovable incluso cuando no hay viento ni sol.
Estos sistemas, que varias empresas han comenzado a comercializar recientemente para el almacenamiento de calor industrial, son una forma de almacenamiento de energía térmica. Los ladrillos están hechos de los mismos materiales que los ladrillos aislantes que recubrían los hornos primitivos y las calderas de fabricación de hierro hace miles de años. Para optimizar el almacenamiento de calor en lugar del aislamiento, los materiales se combinan en diferentes cantidades.
Almacenamiento de alto calor
Muchas industrias requieren calor de alta temperatura para la fabricación. Las temperaturas en las fábricas deben alcanzar al menos 1.300 grados Celsius (casi 2.400 grados Fahrenheit) para producir cemento, y 1.000 C (alrededor de 1.800 F) o más para la fabricación de vidrio, hierro y acero. Hoy en día, alrededor del 17% de todas las emisiones de dióxido de carbono en el mundo provienen de la quema de combustibles fósiles para producir calor para procesos industriales, según los cálculos de Jacobson y el coautor Daniel Sambor . La generación de calor industrial a partir de fuentes renovables podría eliminar prácticamente estas emisiones.
“Al almacenar energía en la forma más cercana a su uso final, se reducen las ineficiencias en la conversión de energía”, dijo Sambor, investigador postdoctoral en ingeniería civil y ambiental. “En nuestro campo, a menudo se dice que ‘si quieres duchas calientes, almacena agua caliente, y si quieres bebidas frías, almacena hielo’; por lo que este estudio se puede resumir en ‘si necesitas calor para la industria, almacénalo en ladrillos refractarios’”.
Ahorros sustanciales
Los investigadores se propusieron examinar el impacto del uso de ladrillos refractarios para almacenar la mayor parte del calor de los procesos industriales en 149 países en un futuro hipotético en el que cada país haya hecho la transición a la energía eólica, geotérmica, hidroeléctrica y solar para todos los fines energéticos. Los 149 países son responsables del 99,75% de las emisiones globales de dióxido de carbono procedentes de combustibles fósiles. “El nuestro es el primer estudio que examina una transición a gran escala de la energía renovable con ladrillos refractarios como parte de la solución”, dijo Jacobson. “Descubrimos que los ladrillos refractarios permiten una transición más rápida y de menor costo a las energías renovables, y eso ayuda a todos en términos de salud, clima, empleo y seguridad energética”.
El equipo utilizó modelos informáticos para comparar los costes, las necesidades de terrenos, los impactos en la salud y las emisiones que se producen en dos escenarios hipotéticos en un futuro en el que 149 países en 2050 utilizan energías renovables para todos los fines energéticos. En un escenario, los ladrillos refractarios proporcionan el 90% del calor de los procesos industriales. En el otro, no se utilizan ladrillos refractarios ni otras formas de almacenamiento de energía térmica para los procesos industriales. En el escenario sin ladrillos refractarios, los investigadores supusieron que el calor para los procesos industriales provendría de hornos eléctricos, calentadores, calderas y bombas de calor, y que se utilizarían baterías para almacenar la electricidad para esas tecnologías.
Los investigadores descubrieron que el escenario con ladrillos refractarios podría reducir los costos de capital en 1,27 billones de dólares en los 149 países en comparación con el escenario sin almacenamiento de ladrillos refractarios, al tiempo que reduce la demanda de energía de la red y la necesidad de capacidad de almacenamiento de energía de las baterías.
Energía limpia, aire más limpio
Las soluciones para acelerar la transición a la energía limpia también están relacionadas con la salud humana. Investigaciones anteriores han demostrado que la contaminación del aire causada por la quema de combustibles fósiles causa millones de muertes prematuras cada año. “Cada bit de combustibles de combustión que reemplazamos por electricidad reduce esa contaminación del aire”, dijo Jacobson. “Y como hay una cantidad limitada de dinero para hacer la transición a gran velocidad, cuanto menor sea el costo para el sistema en general, más rápido podremos implementarla”.
Jacobson ha dedicado su carrera a comprender la contaminación del aire y los problemas climáticos y a desarrollar planes energéticos para países, estados y ciudades con el fin de resolverlos. Pero su enfoque en los ladrillos refractarios es relativamente nuevo, inspirado por el deseo de identificar soluciones efectivas que pudieran adoptarse rápidamente.
“Imaginemos que proponemos un método costoso y difícil de transición a la electricidad renovable: habría muy pocos interesados. Pero, si esto permite ahorrar dinero en comparación con un método anterior, se implementará más rápidamente”, afirmó. “Lo que me entusiasma es que el impacto es muy grande, mientras que muchas tecnologías que he analizado tienen impactos marginales. Aquí puedo ver un beneficio sustancial a bajo costo desde múltiples ángulos, desde ayudar a reducir la mortalidad por contaminación del aire hasta facilitar la transición del mundo a las energías renovables limpias”.
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