Refrescarse con el sol
¿Se puede enfriar con el calor residual? Un proyecto de investigación suizo en el que participó Empa, que finalizó en noviembre, lo demostró de manera impresionante. Ahora comienza un proyecto a gran escala de la UE: el enfriamiento industrial, gracias al sol español.
El calor solar puede enfriar productos industriales. Empa está apoyando un proyecto en España.
Alexas_Fotos, pixabay.com, CC0
De vez en cuando es inevitable calentar algo. Sopa de papa o risotto, salsa de tomate o pudín de chocolate - todo esto es inviable sin calor. Una pequeña proporción del calor termina en el estómago, mientras que la mayoría restante (inadvertidamente) calienta el ambiente. Si pensamos fuera de la cocina, pronto veremos a los próximos sospechosos de calor residual: Si nuestro portátil se calienta tanto, imagínese cuánto más calor debe producir el parque de servidores de un proveedor de Internet. Nos gusta ducharnos con agua caliente y dejar que el agua caliente se vaya por el desagüe; es exactamente la misma historia en la lavandería de la esquina. Luego salimos por la puerta y encendemos nuestro auto: Su motor convierte más de tres cuartas partes de la energía contenida en la gasolina en calor (residual), y sólo la proporción más pequeña en la propulsión deseada.
Hasta ahora, toda esta energía térmica se ha perdido. Esto va a cambiar. Un consorcio de investigación paneuropeo está empezando a "recoger" el calor residual. Un equipo de Empa también está a bordo.
Matthias Koebel se interesó por primera vez en la captación de calor a través del proyecto THRIVE ("Thermally driven adsorption heat pumps for substitution of electricity and fossil fuels"), un proyecto de investigación suizo iniciado por IBM Research Zurich. El laboratorio de Rüschlikon se hizo una simple pregunta: ¿Se puede hacer algo útil con la gran cantidad de calor residual de un gran centro de computación? ¿Es la energía tal vez suficiente para enfriar activamente este centro de datos? Los investigadores de IBM convocaron a una serie de especialistas suizos en materiales y sistemas como socios: ETH Zurich, la Universidad de Ciencias Aplicadas Rapperswil (HSR), la Escuela de Negocios e Ingeniería Vaud (HEIG-VD), el Instituto Paul Scherrer (PSI) - y Empa. El objetivo era desarrollar una bomba de calor de adsorción que convierta el calor residual en capacidad de refrigeración.
Las bombas de calor por adsorción utilizan el calor para generar capacidad de refrigeración. En la zona fría de la planta, el agua se evapora y proporciona refrigeración. El vapor de agua es capturado por un material absorbente en la zona caliente. Una vez que el material absorbente está saturado, se seca de nuevo con calor del exterior y está disponible para otro ciclo de enfriamiento.
El material Empa triplica la capacidad de refrigeración
En noviembre de 2018, después de 47 meses de elaboración, el proyecto llegó a su fin con éxito. En el marco de THRIVE, los investigadores de HSR realizaron inicialmente una bomba de calor de investigación con una potencia de 1 kW (kilovatios) y más tarde un prototipo de una bomba de calor de adsorción diez veces más potente. Esto sería suficiente para climatizar una casa unifamiliar en el sur de Europa en verano.
Sin embargo, las bombas de calor por adsorción no sólo son útiles para refrigerar casas individuales o parques de servidores, sino que también podrían mejorar la eficiencia de las redes de calefacción urbana, como calcularon los investigadores de HEIG-VD. Si en el futuro se utilizaran para el suministro estacionario de calor, se obtendrían ahorros de energía de entre el cuatro y el nueve por ciento, y de entre el tres y el seis por ciento en el sector de calor residual industrial, según los cálculos de los investigadores de la ISP. El equipo de Koebel ha logrado desarrollar un nuevo material de absorción con una potencia de refrigeración tres veces superior a la del material inicial al inicio del proyecto.
Los investigadores de Empa ahora están buscando construir sobre este nuevo material desarrollado. "Hemos desarrollado una esponja de carbono poroso capaz de absorber una gran cantidad de agua gracias a sus microporos, lo que la convierte en la opción ideal para las bombas de calor de adsorción", explica Koebel. El material se fabrica a partir de resina sintética mediante pirólisis. "Este método nos permite adaptar el material a la finalidad prevista."
Personalizable para cualquier propósito
Esto significa que en el futuro será posible adaptar las bombas de calor de adsorción para diferentes propósitos. Por ejemplo, un calentador de pellets de madera genera temperaturas más altas que el flujo de calor residual en una cocina grande. Para convertir el calor disponible en capacidad de refrigeración de la forma más eficiente posible, el material absorbente de las bombas de calor debe ajustarse a la fuente de calor y al nivel de refrigeración deseado. "Comenzamos definiendo el material adecuado en base a los parámetros del material y luego lo fabricamos", dice Koebel.
Gracias a esta experiencia, el equipo de Empa participa ahora en un nuevo proyecto de investigación de la UE llamado HyCool, que se puso en marcha en mayo de 2018 y que durará tres años. El objetivo: El fabricante de aromas Givaudan y el productor de alimentos español Bo de Debò quieren cubrir sus necesidades de refrigeración para sus plantas de producción únicamente con la ayuda de calor residual y energía solar. Esto implicará la combinación de la bomba de calor de absorción con una bomba de calor convencional para producir lo que se conoce como bomba de calor híbrida, que consume electricidad adicional pero es extremadamente flexible.
Refrigeración solar para platos preparados españoles
El calor necesario para la refrigeración se generará en el tejado de una fábrica española cerca de Barcelona. Un campo de espejos de 400 metros cuadrados concentra la luz solar en una tubería, donde se produce vapor de agua para proporcionar la capacidad de refrigeración necesaria a través de la bomba de calor de absorción. De la misma manera, la fábrica recibe calor de proceso de hasta 180 grados Celsius y calor de hasta 65 grados para el suministro de agua caliente y para calentar la fábrica en invierno.
En el futuro todavía tendremos que calentar las cosas. Sólo tenemos que aprender a ser mucho más cuidadosos con el calor residual que producimos. Ahorrar combustibles fósiles también significa evitar el despilfarro de energía aprovechando mejor el calor residual a nivel industrial.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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