Sal y agua: facilitadores del almacenamiento de energía térmica de alta densidad
La energía del Sol es casi infinitamente renovable y sin barreras geopolíticas de acceso. En la actualidad, los sistemas solares activos residenciales comercializados para calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria incluyen un acumulador de calor de corta duración. El depósito puede almacenar calor durante unas horas, prolongando el funcionamiento brevemente si se ciernen nubes o cuando cae la noche. Sin embargo, no puede adaptarse a zonas con menos luz solar durante todo el año, como el centro y el norte de Europa, ni al tiempo cada vez más lluvioso incluso en regiones históricamente soleadas. El almacenamiento estacional de energía térmica (STES, por sus siglas en inglés) es imprescindible para aprovechar todo el potencial de la energía solar. El equipo del proyecto SWS-HEATING, financiado con fondos europeos, ha desarrollado un sistema de STES innovador y rentable que puede almacenar calor durante meses. Ello respaldará la adopción generalizada de sistemas solares activos para uso residencial en cualquier parte del mundo, con independencia del tiempo o el clima.
Sorbentes de agua selectivos para STES
El coordinador del proyecto, Sotirios Karellas, del Laboratorio de Calderas de Vapor y Plantas Térmicas de la Universidad Técnica Nacional de Atenas, comenta: «Uno de los conceptos sencillos de STES que se está desarrollando se basa en depósitos de agua subterráneos de gran capacidad, pero los elevados costes de fabricación y los importantes requisitos de espacio limitan sus aplicaciones, sobre todo para las necesidades energéticas residenciales. El calor latente y el almacenamiento electroquímico estacional de energía están en ciernes y se enfrentan a retos relacionados con la estabilidad y los costes». El equipo de SWS-HEATING se centró en los sorbentes de agua selectivos (SWS, por sus siglas en inglés), que utilizan una sal inorgánica impregnada en una matriz porosa hospedadora para atrapar (adsorber) moléculas de agua. Se puede utilizar muchas matrices y sales para adaptar las propiedades a las aplicaciones. Además, los SWS tienen varias ventajas sobre otros sorbentes, a saber: mínima pérdida de calor ―idóneo para aplicaciones de almacenamiento a largo plazo (estacional)―, alta densidad de almacenamiento de calor y producción de bajo coste.
Un nuevo SWS e intercambiador de calor de una sola placa
«En SWS-HEATING se ha desarrollado un nuevo material de SWS con una densidad de almacenamiento en pruebas de laboratorio superior un 20 % mayor que la de los materiales de SWS existentes. No se degradó ni perdió capacidad de adsorción tras mil ciclos de ensayos de envejecimiento en condiciones de funcionamiento más severas que las reales», señala Karellas. Un intercambiador de calor de una sola placa (HEX, por sus siglas en inglés) para el SWS diseñado por el equipo de SWS-HEATING puede utilizarse como adsorbente y desorbente, así como evaporador y condensador. Esta proeza tecnológica reducirá considerablemente los costes, ya que solo se fabricará un tipo de HEX, montado de forma diferente para cada aplicación. En concreto, según Karellas: «El HEX adsorbente y desorbente de SWS tiene un volumen adsorbente casi 3 veces mayor que el volumen de fluido transmisor térmico (2,73 frente a entre 1,1 y 1,4 de los HEX comerciales). Ello implica un adsorbente mucho mayor para atrapar moléculas de agua, lo que mejora la densidad de almacenamiento y el rendimiento».
Energía solar residencial todo el año, en cualquier lugar del mundo
«Sorprendentemente, la cooperación fructífera entre los miembros del consorcio y los responsables del proyecto de la Comisión Europea nos permitió abordar los costes y la disponibilidad de materiales y proveedores, así como los retos y las cuarentenas relacionados con la pandemia de COVID-19», observa Karellas. A pesar de las adversidades, en el proyecto se diseñó y fabricó con éxito el prototipo integral SWS-HEATING, que incluye su SWS, HEX y un sistema de control inteligente, lo que posibilitó probar el concepto. «Nuestra tecnología STES, con una pérdida de calor mínima, puede cubrir hasta el 60 % de las necesidades energéticas anuales de un edificio residencial y permitirá aprovechar la energía solar en regiones con disponibilidad solar limitada en invierno. Podría suponer un gran avance para el sector residencial, al permitir reducciones significativas de los costes energéticos y las emisiones, así como apoyar la política energética y la independencia de la Unión Europea», concluye Karellas.
Palabras clave
SWS-HEATING, energía, solar, sorbente de agua selectivo, STES, almacenamiento estacional de energía térmica, intercambiador de calor de una sola placa, adsorbente, energía solar