Capturar el calor en verano y utilizarlo en invierno

Un grupo de investigadores suizos propone un sistema para almacenar el exceso de temperatura del periodo estival en una mezcla de agua y compuestos químicos para ahorrar en la factura de la calefacción durante el invierno

Conservar el calor tórrido del verano para usarlo durante el invierno para estar en casa sin pasar frío y encima sin gastar. Una conjetura que estos días hace soñar a más de uno ante las perspectivas que arrojan los termómetros y el precio al alza de la electricidad.

En plena ola de frío, el Laboratorio Federal Suizo de Ciencias Materiales y Tecnología ha hecho pública estos días su innovación, basada en la termoquímica y testada a nivel de laboratorio. Un sistema que podría sustituir al menos en parte la dependencia de los combustibles fósiles para calefacción. Según los datos que han manejado los investigadores, durante 2014 el 71 por ciento de las casas se calentaba gracias a este tipo de combustibles. Para alimentar el sistema de agua caliente sanitaria la cifra es similar; en torno a un 60 por ciento.

Según explican los autores en su nota, la teoría que está detrás de este sistema de almacenamiento térmico estacional es bastante sencilla. Básicamente el calor queda recogido en un líquido viscoso, hecho de agua y hidróxido de sodio sólido (NaOH) diluido al 50 por ciento. «Si se vierte agua en un contenedor que contenga NaOH, la mezcla se calienta, es decir que la solución descarga energía química en forma de calor. Además, el NaOH es capaz de absorber vapor de agua, por lo que el calor de condensación obtenido como resultado de la mezcla contribuye a calentarla aún más. Si la solución diluida en agua se alimenta con energía (proveniente de paneles solares por ejemplo), la humedad se evapora rápidamente, aumentando la concentración de calor. Esta mezcla concentrada puede ser conservada durante muchos años», explican los autores.

Tras muchos meses de pruebas y algunos fracasos como un intento de utilizar el mismo sistema de condensación que usan los zumos industriales, los investigadores han encontrado la mejor solución a este sistema de almacenamiento; el NaOH gotea a lo largo de un tubo en forma de espiral (una tecnología similar a la que ya se encuentra en los intercambiadores de calor presentes en las calderas comunes). En su interior circula agua calentada gracias a la acción de paneles solares. El agua se evapora «robando» el calor al tubo, y este vapor es absorbido químicamente por la sal. El sistema funciona también en sentido inverso, permitiendo su empleo para almacenar calor.

La mezcla nunca se enfría

El punto fuerte de esta propuesta es que lo almacenado no se pierde y se puede transportar, es decir, que «se carga desde fuentes de calor como colectores solares térmicos en verano y en invierno es capaz de suministrar calor para calefacción o agua caliente de forma similar a una bomba de calor común, excepto porque prácticamente no se requiere electricidad. Además, el sistema no presenta pérdida de calor durante el tiempo de almacenamiento y tiene una densidad de energía térmica de aproximadamente 440 kWh / m3 en comparación con el agua que tiene 60 kWh / m3. Por otro lado, permite guardar la energía solar en forma de energía química desde el verano hasta el invierno y puede ser transportado de una parte a otra en forma de solución concentrada de hidróxido de sodio», explica Benjamin Fumey, ingeniero de Sistemas Energéticos Urbanos del Laboratorio Federal Suizo de Ciencias Materiales y Tecnología.

«Es muy interesante por la densidad de energía que aporta. En el mismo volumen se almacena mucha más energía, que no se pierde de ninguna forma mientras no se active químicamente la reacción; los compuestos se juntan básicamente. Es lo que se conoce como almacenamiento termoquímico. Nosotros hemos investigado junto a la Universidad de Lérida y otros socios europeos en este tipo de soluciones que habilitarían nuevas opciones como el transporte. Es decir, se recogería energía en un lugar del mapa y se utilizaría en otro sin pérdida alguna durante el trayecto. El problema que plantea es, en primer lugar, que la tecnología aún no está muy desarrollada y eso se traduce en coste elevado y complejidad para la instalación. En las instalaciones térmicas también hay que tener en cuenta el periodo de amortización y que en función del sitio donde se instale hay que buscar la mejor solución. Por otro lado, el hidróxido de sodio es corrosivo y tóxico, lo que representa una barrera adicional importante», opina Sergio Saiz Bombín, director de Eficiencia Energética y Sostenibilidad Industrial de la corporación tecnológica de Tecnalia.

De la misma opinión es José María Martínez Val, catedrático del departamento de Ingeniería Energética de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid: «No veo que vaya a tener gran impacto tecnológico. Lo que se consigue de la diferencia de temperatura entre verano e invierno es un margen muy pequeño. Eso significa que va a necesitar siempre una fuente de calor adicional. Para eso es más interesante la geotermia, la arquitectura bioclimática o la integración de renovables. El almacenamiento de energía es interesante cuando se consiguen diferencias de temperatura a escala industrial, de 400 grados».

Sólo con agua

Sin embargo, existe una materia prima capaz de hacer estos intercambios de calor sin peligro y con buenos resultados: el agua. De hecho, la corporación tecnológica Tecnalia ha realizado dos demostradores de almacenamiento térmico estacional. No hay que olvidar que el consumo energético de los edificios supone el 40 por ciento del total de energía consumida en Europa. «En 2010 cuando se publicó la Directiva de edificio de energía casi nula empezamos a platear alternativas que se podrían empezar a integrar sin necesidad de esperar a alguna revolución tecnológica. La forma más lógica de hacerlo es conservar el calor del verano. Además vimos que este tipo de soluciones ya existían en Alemania, donde hay unas 12 instalaciones, en Canadá, Austria y Dinamarca», explica Saiz.

Durante el proyecto instalaron dos depósitos para el almacenamiento en un edificio de uso terciario de Bilbao y en un hospital de Varsovia (Polonia). La idea es que una instalación de paneles solares calienten agua de un depósito durante el verano (sin ningún añadido químico como en el caso anterior) y utilizarla durante el invierno. El depósito de Bilbao era de 200 m3 y el de Varsovia de 1000 y en ambos casos tras el verano el agua almacenada alcanzaba una temperatura de hasta 90 grados. El agua es, además de barata, no contaminante e interesante desde le punto de vista térmico. «Consideramos que la calefacción se necesitaría durante seis meses. Los primeros tres meses de invierno se consume calefacción completamente gratis. El resto de los meses, cuando el agua ya está a unos 40 grados, se necesita una bomba de calor. Una tecnología que en España no es muy habitual, al menos para la producción de calor, mientras que en otros lugares de Europa como Francia o Suiza es masivo», detalla Saiz. La bomba de calor es, grosso modo, como un aire acondicionado reversible; es decir, aprovecha la temperatura exterior de los edificios para generar frío o calor en función de la necesidad.

El punto fuerte de la tecnología es evidentemente el ahorro de energía, aunque todo tiene sus contraprestaciones. «Sale rentable cuando se trata de instalaciones muy grandes, de al menos 10.000 m3, mucho más que lo se ha instalado en Varsovia. Por otro lado y comparado con las calderas de casa, el periodo de amortización de la inversión puede ascender hasta los 15 o 18 años», detalla Saiz.

Una solución que podría ser interesante, por tanto, para edificios de energía casi nula que se construyen y siempre que la «Administración los considere como otras instalaciones de la ciudad, como las escaleras mecánicas. Un particular no se puede plantear una inversión que amortizará en 18 años pero una Administración sí», dice Saiz.

Con defectos tecnológicos o sin ellos, lo cierto es que la ola de frío y el coste de la electricidad hacen que haya que plantearse soluciones. «El calor es un bien de primera necesidad. Está claro que el almacenamiento de energía es absolutamente necesario para integrar las renovables al sistema», afirma Saiz. Y eso independientemente del uso que se haga después de dicha energía, es decir, se use para generar electricidad o para calefacción.

«La idea de almacenar el exceso de calor de los veranos para la demanda de calefacción de los inviernos existe desde hace décadas. Se han seguido muchas actividades con grandes tanques de agua caliente en los edificios. El problema con este enfoque es la baja densidad de energía y la alta pérdida térmica durante el tiempo de almacenamiento. A partir de 2002 se emprendieron actividades de investigación en la Empa para encontrar otras soluciones. Los problemas son cada vez más acuciantes con respecto al uso y demanda de combustibles fósiles para calefacción y se necesitan soluciones alternativas renovables y neutras en CO2. Esto ha ayudado a adquirir mucha experiencia en el tema rápidamente, por lo que se ha logrado este demostrador operativo estable en 18 meses. El próximo año queremos instalar este sistema ya integrado en un edificio», detalla Fumey.