Materiales más resistentes para una energía solar más eficiente
A medida que nos alejamos de los combustibles fósiles, las tecnologías de energías renovables deben ser más eficientes y escalables para satisfacer la creciente demanda. La energía solar es uno de los recursos naturales más abundantes, pero convertir la luz solar en electricidad o calor sigue planteando problemas. Las modernas centrales de energía solar de concentración(se abrirá en una nueva ventana) (CSP, por sus siglas en inglés) almacenan el calor en fluidos como sales fundidas y luego lo convierten en electricidad. Sin embargo, la eficacia de este proceso está limitada por las temperaturas máximas que pueden soportar estos materiales. Para lograr una mayor eficiencia, reducir costes y facilitar nuevas aplicaciones como la producción de combustible solar y el reciclaje a escala industrial, el sector necesita tecnologías que puedan soportar condiciones mucho más duras.
Sistemas energéticos de mayor eficiencia
El proyecto COMPASsCO2(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, se propuso abordar este reto desarrollando nuevos materiales, recubrimientos y un intercambiador de calor que, en conjunto, podrían permitir a las plantas solares funcionar a 700 °C y alcanzar una mayor eficiencia. En el centro del sistema analizado se encuentra el ciclo Brayton, un sistema de conversión de energía muy utilizado en motores a reacción y turbinas de gas. En un ciclo Brayton, un fluido de trabajo se comprime, se calienta y luego se expande a través de una turbina para generar energía. «En lugar de vapor como fluido de trabajo, utilizamos dióxido de carbono supercrítico (s-CO2), un estado fluido del dióxido de carbono con propiedades excepcionales, ya que combina el comportamiento de los gases y los líquidos», explica Daniel Benítez, coordinador del proyecto.
Partículas y aleaciones robustas para condiciones extremas
El consorcio ha generado partículas sólidas a partir de material reciclado de la industria siderúrgica para que sirvan como medio de transferencia y almacenamiento de calor. Recubiertas con materiales de alta absorción solar, esas partículas pueden soportar el calor extremo y la erosión, garantizando un rendimiento fiable a largo plazo. Como complemento de las partículas, se han desarrollado nuevas superaleaciones a base de cromo(se abrirá en una nueva ventana) para resistir la oxidación y la corrosión a altas temperaturas y presiones. A diferencia de las costosas aleaciones de níquel, las nuevas aleaciones de cromo ofrecen una opción más asequible y escalable para aplicaciones de energía solar y pueden utilizarse como recubrimientos sobre materiales de última generación menos resistentes. El prototipo de intercambiador de calor se ha probado con éxito, confirmando su durabilidad con partículas por encima de 700 °C y s-CO₂ superiores a 200 bares de presión. Esos resultados validan la viabilidad técnica de integrar la tecnología de partículas con ciclos de s-CO₂ en las centrales de CSP de próxima generación.
Recubrimientos innovadores para aplicaciones reales
Con socios del proyecto procedentes de la investigación y la industria, el equipo de COMPASsCO2 garantizó que los resultados se situaran para su uso en el mundo real. Uno de los logros más destacados de COMPASsCO2 es un revestimiento de lodos de cromo/silicio que demuestra resistencia a la corrosión a altas temperaturas y es más fácil y barato de aplicar que las soluciones convencionales. Sus aplicaciones van mucho más allá de la energía solar y se extienden a las turbinas. El revestimiento ya ha despertado un gran interés entre las partes interesadas externas y se integrará en la producción de turbinas. Las partículas FerOx también están listas para su producción comercial. El perfeccionamiento del rendimiento tecnoeconómico del intercambiador de calor lo preparará para su despliegue en las industrias europeas. «De cara al futuro, los resultados de COMPASsCO2 representan un paso adelante para las centrales termosolares de concentración, que liberarán el verdadero potencial de la energía solar como motor de la transición hacia un futuro verde», concluye Benítez.
