Natural Technology: the transition to greener technologies

El vapor es el fluido que se obtiene a partir de la ebullición de agua y posee propiedades totalmente únicas. La distribución de vapor en procesos industriales puede hacerse con la seguridad de que se trata de un elemento familiar como es el agua pero con unas características térmicas muy superiores. Por esta razón, el vapor se ha posicionado como el método idóneo para suministrar energía térmica y energía motriz a lo largo del desarrollo de la industria. 

Los métodos de obtención de vapor han ido evolucionando a medida que también lo ha hecho la tecnología, de manera que los actuales métodos de obtención de vapor se han ido adaptando para ser más sostenibles mediante la incorporación de las energías renovables. 

El sistema actual de generación de energía se ha marcado como objetivo una transición ecológica no solo a nivel industrial sino también a nivel social, por lo que la generación de vapor se adapta también a las nuevas exigencias que buscan invertir y desarrollar soluciones cada vez más eficientes y sostenibles.

El vapor resulta fundamental para la transición a tecnologías más ecológicas y a continuación vamos a ver las tecnologías de vapor emergentes.

Tecnologías más ecológicas de vapor emergentes

¿Qué se está haciendo en la actualidad y cómo podemos evolucionar para desarrollar una tecnología capaz de hacer frente a las necesidades de descarbonización? Veamos las tecnologías que serán decisivas para un futuro más sostenible.

• • Hidrógeno verde: Se posiciona con fuerza como alternativa a la combustión de gas natural. Se genera a través de la electrólisis utilizando energías renovables y a nivel mundial se están impulsando numerosos proyectos de plantas de generación de hidrógeno verde que utilizan energías renovables para su funcionamiento por lo que en un futuro próximo, este tipo de tecnología va a ir adquiriendo más protagonismo.
  • Electrificación avanzada: Hasta ahora existían calderas de vapor eléctricas asociadas a procesos pequeños pero los avances en la electrificación permiten desarrollar tecnología de alto voltaje para obtener un mayor rendimiento térmico de las calderas. También existe la posibilidad de realizar un reequipamiento de las calderas de gas existentes con elementos eléctricos. Se está investigando cómo puede integrarse armoniosamente con otras tecnologías para diferentes procesos y por eso hay cada vez más soluciones térmicas para su uso con electricidad.
  • Baterías térmicas: Las baterías térmicas permiten almacenar energía térmica en forma de calor para liberarla cuando sea necesario. Es un sistema de almacenamiento adaptado a la naturaleza inflexible de las energías renovables y reduce la demanda instantánea de las infraestructuras eléctricas porque puede abastecerse tanto de la red eléctrica como de la generación de energía de otras fuentes renovables (fotovoltaica o eólica). El efecto que tiene este tipo de almacenamiento mediante batería térmica desafía el concepto de las baterías de iones de litio ya que es una solución más sostenible para la captación de energía y su longevidad comparable a una caldera tradicional.

Para entender mejor cómo funciona una batería térmica, tenemos el siguiente esquema:

1. Obtención de energía:  energía eléctrica obtenida de fuentes renovables en cualquier momento del día
2. Conversión: La energía eléctrica es convertida eficientemente en energía térmica usando un calentador
3. Proceso de carga: El calor es almacenado como agua caliente a alta presión
4. Proceso de descarga: El agua a alta presión genera vapor instantáneo cuando se produce una caída de presión
5. Distribución: El vapor se distribuye para satisfacer las necesidades desde su uso para calefacción de edificios hasta para procesos industriales

Todo esto ha generado que en el mercado exista una oportunidad eléctrica ya que el vapor sigue siendo el fluido de transferencia más potente pero es necesario invertir en infraestructura eléctrica para poder adaptar los sistemas a estas nuevas tendencias.

La industria ya ha invertido en la infraestructura existente y hay una oportunidad importante de combinar electricidad y almacenamiento térmico. Las infraestructuras con las que se cuenta a día de hoy son:

• Eléctrico: Se debe actualizar la infraestructura eléctrica para evitar el cableado y para conseguir la mejora de la subestación para operar con la capacidad existente. La infraestructura eléctrica de vapor y de tratamiento de agua no tiene que actualizarse en un principio.
• Vapor: La distribución de vapor es exactamente igual y los equipos de usuario final no cambian 
• Agua: Tampoco varían la infraestructura dependiente del agua como son los sistemas de descalcificación, ósmosis inversa, depósitos de agua de alimentación, sistemas de dosificación de productos químicos y sistema de condensado

Con lo cual existen una serie de beneficios relacionados con el aprovechamiento de la infraestructura existente como son: evitar la formación de operadores, la confianza de conocer el sistema existente y reducción de costes.

Si atendemos a las características de las tres opciones (batería eléctrica, acumulador de vapor y caldera eléctrica) podemos combinarlas para conseguir un resultado óptimo. 

The batería eléctrica nos proporciona un almacenamiento de energía eléctrica, tiene una oferta que está desvinculada de la demanda y puede usarse con energías renovables o con la red. Por sí misma una batería eléctrica no pede generar energía térmica y existe la probabilidad de que pueda descargarse durante el ciclo de carga. 

The acumulador de vapor es un almacén de energía térmica y la oferta está desvinculada de la demanda. Por sí misma no puede generar energía térmica y no se descarga como una batería eléctrica pero tiene una dependencia de combustibles fósiles.

 A caldera eléctrica es un generador de vapor instantáneo y es compatible con la red eléctrica y con energías renovables. No tiene capacidad de almacenamiento y la oferta está ajustada a la demanda de los procesos.

Integración de almacenamiento térmico

Para un almacenamiento térmico debemos tener un generador de energía térmica. La generación puede ser independiente a la demanda y puede utilizar energía renovable intermitente de bajo coste fuera de red que minimiza el impacto medio ambiental y el ciclo de descarga es dinámico y flexible.  

El suministro eléctrico que procede tanto de la red eléctrica como de una generación renovable como puede ser una planta fotovoltaica o un parque eólico, va directamente conectado al almacenamiento térmico que a su vez recibe también un suministro de agua. Se genera vapor que se utiliza en los equipos que lo requieran y parte de ese vapor retorna por el condensado para incorporarse en el mismo ciclo. Se tiene también un sistema de recuperación y eliminación del calor de la purga y del calor de drenaje que  se utilizan para hacer un precalentamiento del agua de alimentación. 

Invertir en este tipo de soluciones es una forma bastante óptima para poder descarbonizar de manera fácil una planta industrial y conseguir así una transición hacia tecnologías más ecológicas.