Una nueva bomba de calor podría convertirse en un revulsivo ecológico para la industria
La Unión Europea (UE) tiene como objetivo reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en más de un 40 % de aquí al año 2030, un objetivo que actualmente se está incrementando al 55 %(se abrirá en una nueva ventana). El calor es responsable del 74 % de todo el consumo de energía(se abrirá en una nueva ventana) en los procesos industriales, por lo que su descarbonización es esencial para hacer frente al cambio climático. Existe un gran consenso de que las bombas de calor serán clave en esta transición para temperaturas de hasta 150 °C. Las bombas de calor tienen una serie de ventajas en comparación con otras tecnologías renovables en este rango de temperatura como, por ejemplo, su disponibilidad tanto en verano como en invierno, su menor coste por kWh y su eficiencia. Con todo, siguen faltando tecnologías comercializables. El equipo del proyecto Rotation Heat Pump, que contó con el respaldo de la UE, confirmó la capacidad de las bombas de calor para alcanzar temperaturas de hasta 150 °C y desarrolló dos prototipos y una planta piloto con el primer usuario: Bioenergie Bucklige Welt(se abrirá en una nueva ventana) (sitio web en alemán). También identificó los parámetros necesarios para el diseño y la producción en serie. «Para procesos industriales como la destilación, la pasteurización, el lavado y la cocción, nuestra tecnología puede llenar el vacío en el mercado, con una eficiencia en el rango de temperaturas de 100-150 °C que supera hasta en un 70 % a otras tecnologías renovables», explica Bernhard Adler, director ejecutivo de ecop(se abrirá en una nueva ventana), empresa anfitriona del proyecto y receptora de un galardón de los Premios Europeos de Medio Ambiente a la Empresa(se abrirá en una nueva ventana) en 2018. El equipo de Rotation Heat Pump amplió el trabajo previo de desarrollo de la bomba de calor de ecop, que había resultado en un modelo inicial y sesenta y ocho patentes en todo el mundo.
Desarrollo y optimización
Las bombas de calor aprovechan una fuente de energía externa para transferir energía térmica de una zona más cálida a otra más fría para calentar, o a la inversa para enfriar. La fuente térmica procede por lo general del aire, el suelo, el agua o el aire de escape. Las bombas de calor se han adoptado en sectores como el de los alimentos y las bebidas, la madera y el papel, y las industrias químicas, donde se pueden emplear para procesos como el secado y la deshidratación, la evaporación, el lavado y la limpieza, la esterilización y la pasteurización. La innovación del proyecto Rotation Heat Pump consistió en desarrollar un proceso cíclico termodinámico(se abrirá en una nueva ventana) monofásico en vez del proceso de compresión termodinámica bifásica de las bombas de calor convencionales. Esto permite un uso industrial a gran escala pionero, ya que las bombas de calor convencionales no son aptas para las altas temperaturas y las condiciones fluctuantes de los entornos industriales. Además, las tecnologías existentes suelen emplear refrigerantes perjudiciales para el medio ambiente en el proceso de transferencia de calor. El proceso de Rotation Heat Pump emplea un gas inerte seguro, barato y fácilmente disponible compuesto por argón, kriptón y helio. El equipo de Rotation Heat Pump creó dos prototipos. El primero fue desarrollado para una planta termoeléctrica próxima a Viena, en la que la bomba de calor emplea el calor residual de la turbina de vapor de la planta para su uso directo en la red de calefacción urbana. El segundo prototipo se desarrolló para pruebas internas y como planta de demostración.
Superar las limitaciones de las bombas de calor existentes
Se llevaron a cabo diferentes pruebas que demostraron satisfactoriamente un funcionamiento estable a temperaturas elevadas de hasta 120 °C, así como un aumento de temperatura (la diferencia entre la fuente de calor y la temperatura producida) de 35 K. Está previsto aumentar la temperatura a 50 K para finales de año. Además, se logró que el coeficiente de rendimiento(se abrirá en una nueva ventana) del sistema llegara hasta cinco, lo que significa que se podría crear hasta cinco veces más energía térmica que la energía eléctrica necesaria para generarla. «Nuestras pruebas corroboraron que nuestras simulaciones eran precisas, con un coeficiente de rendimiento prácticamente inviable para bombas de calor normales», comenta Adler. El equipo trabaja ahora en el desarrollo de proyectos de demostración, sobre todo para integrar y personalizar su sistema con el proceso de calentamiento industrial.
