Según un informe del Departamento de Energía de EE. UU., entre el 20 y el 50 por ciento de la energía industrial suministrada se desperdicia en forma de calor que podría convertirse en electricidad. ¿Es este un recurso enorme que tanto los países como las industrias pueden aprovechar para ofrecer un pilar adicional a la innovación en energías renovables? ¿O sigue siendo una quimera?
Tras dedicarme durante más de diez años a las innovaciones en recuperación del calor residual, tanto en la industria como en el ámbito académico, considero que 2014 fue un año decisivo para este campo importante y aún incipiente.
En diciembre de 2014, el Foro Económico Mundial publicó su Global Energy Architecture Performance Index Report 2015 (EAPI), que compara el desempeño actual de los sistemas energéticos nacionales y analiza cómo los países más exitosos gestionan el «triángulo energético» (seguridad, asequibilidad y sostenibilidad medioambiental de la energía) y alcanzan el equilibrio mediante la diversidad energética. Aunque las políticas vigentes son fundamentales para ayudar a los países a lograr la diversidad energética, también lo es el compromiso con la innovación energética.
Al igual que los sistemas energéticos nacionales, las industrias de alto consumo energético —entre ellas, las del petróleo y el gas, la minería, la fabricación de materiales (por ejemplo, acero, vidrio y cemento) y la automoción— también procuran equilibrar el «triángulo energético» en sus negocios y exploran periódicamente formas de reducir el consumo de combustible, los costes operativos y las emisiones de carbono. A medida que las industrias de alto consumo energético buscan innovaciones para diversificar su combinación energética, la recuperación del calor residual surgió como una solución real en 2014.
Entre las soluciones al problema del calor residual, los materiales termoeléctricos ofrecen una plataforma sencilla y convincente para transformar el calor desperdiciado en electricidad.
Desde 1821, la termoeléctrica cuenta con una larga trayectoria en la generación de energía sencilla y fiable, pero su elevado coste limitó su conocimiento y adopción generalizados. En la última década, los avances en nanotecnología impulsaron una nueva era de rápidos progresos en los materiales termoeléctricos. Lo vi de primera mano mientras trabajaba en investigación y desarrollo en el Departamento de Energía de EE. UU. También me quedó claro que los costes estaban a punto de bajar considerablemente y que los sistemas termoeléctricos ofrecían una propuesta de valor única a los clientes, ya que son de estado sólido y, por tanto, muy sencillos. Ahora, con un plazo de recuperación de la inversión de entre uno y cinco años, según la aplicación, las soluciones comerciales de recuperación del calor residual basadas en tecnología termoeléctrica están empezando a ser adoptadas por las industrias de mayor consumo energético.
Por ejemplo, un generador termoeléctrico puede acoplarse al escape de un generador diésel o de gas natural (grupo electrógeno); hay decenas de miles de estos equipos, que funcionan como centrales eléctricas aisladas para la generación de energía en operaciones remotas de petróleo y gas y minería. El generador convierte directamente en electricidad el calor residual del escape. Hoy, un generador termoeléctrico acoplado a un grupo electrógeno alimentado con diésel puede generar hasta 25 kWe por cada grupo electrógeno de 1.000 kWe y ahorrar 52.500 litros de combustible diésel al año por grupo electrógeno; es probable que esta cifra alcance los 100 kWe en los próximos años. Al aplicarse a cientos o miles de activos en una instalación petrolera, gasística o minera típica, la recuperación del calor residual basada en tecnología termoeléctrica se traduce en una reducción significativa del consumo de combustible, los costes operativos y las emisiones de carbono.
En el negocio de alto consumo energético de la fabricación de materiales, cientos de miles de hornos consumen anualmente cuatrillones de BTU de energía y emiten miles de millones de toneladas métricas de dióxido de carbono. Al incorporar módulos de recuperación del calor residual basados en tecnología termoeléctrica al diseño de hornos industriales, existe la oportunidad de captar una parte considerable del calor residual y mejorar la eficiencia energética entre un 10 y un 50 por ciento (informe del Departamento de Energía de EE. UU.).
Un informe reciente de Frost & Sullivan, «Innovations in Industrial Waste Heat Management», también prevé que los generadores termoeléctricos serán la «técnica de recuperación del calor residual más solicitada en el futuro».
En cuanto a la industria automotriz, según el Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), el sector del transporte es el mayor consumidor individual de energía de EE. UU. y desperdicia nada menos que el 75 por ciento de la energía que consume. Esto también se está convirtiendo rápidamente en un problema en el mundo en desarrollo. Aproximadamente dos tercios de la energía que utilizan los automóviles y camiones se desperdician en forma de calor. La instalación de un módulo miniatura de recuperación del calor residual basado en tecnología termoeléctrica en el tubo de escape de un automóvil o camión puede captar ese calor, convertirlo en electricidad y mejorar la eficiencia de combustible del vehículo. La eficiencia de combustible es solo una parte del problema que resuelve la recuperación del calor residual basada en tecnología termoeléctrica en la industria automotriz; la tecnología también tiene un enorme potencial para ayudar a alimentar el automóvil conectado. Según un informe de McKinsey Quarterly, los automóviles conectados del futuro «se parecerán menos a cajas metálicas y más a integradores de múltiples tecnologías, centros de datos productivos». El informe también afirma que «el automóvil de gama alta promedio de hoy tiene aproximadamente siete veces más código que un Boeing 787.8». Satisfacer las necesidades energéticas del automóvil conectado seguirá dependiendo de la innovación incipiente, y los módulos de recuperación del calor residual basados en tecnología termoeléctrica son soluciones viables.
Ya provenga de generadores en una plataforma petrolífera o en una planta minera remota, de hornos en una acería o del tubo de escape de un automóvil, el calor residual abunda. Aunque no existe una panacea para mantener el equilibrio del «triángulo energético», en 2014 la recuperación del calor residual basada en tecnología termoeléctrica demostró ser un componente valioso de cualquier estrategia de diversidad energética.
Este artículo se publica en colaboración con Medium. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: El Dr. Matthew L. Scullin es fundador y director ejecutivo de Alphabet Energy, líder mundial en tecnología termoeléctrica para la recuperación del calor residual y Pionero Tecnológico del Foro Económico Mundial de 2014.
Imagen: Un técnico trabaja en una línea eléctrica, Arkansas, 29 de abril de 2014. REUTERS/Carlo Allegri