Una tecnología con raíces que se remontan a la Edad de Bronce puede ofrecer una solución rápida y económica para alcanzar el objetivo climático de las Naciones Unidas de cero emisiones netas para 2050, según una reciente investigación liderada por Stanford y publicada en PNAS Nexus. Este avance utiliza «ladrillos refractarios» hechos de los mismos materiales que aislaban los hornos de fabricación de hierro hace miles de años, para almacenar calor destinado a procesos industriales.
Tecnología de Ladrillos Refractarios
La tecnología consiste en ensamblar ladrillos que absorben calor en un contenedor aislado, donde pueden almacenar calor generado por energía solar o eólica para su uso posterior a las temperaturas requeridas para procesos industriales. El calor se libera cuando es necesario, pasando aire a través de canales en los bloques de ladrillos refractarios, lo que permite que fábricas de cemento, acero, vidrio y papel funcionen con energía renovable, incluso cuando no hay viento ni sol disponibles.
Estos sistemas, que varias empresas han comenzado a comercializar para el almacenamiento de calor industrial, son una forma de almacenamiento de energía térmica. Los ladrillos están hechos de los mismos materiales que los ladrillos aislantes que recubrían los hornos primitivos de fabricación de hierro y hornos hace miles de años. Sin embargo, para optimizar el almacenamiento de calor en lugar del aislamiento, los materiales se combinan en diferentes proporciones.
Ventajas comparativas de los Ladrillos Refractarios
Las baterías pueden almacenar electricidad de fuentes renovables y proporcionar electricidad para generar calor a demanda. “La diferencia entre el almacenamiento en ladrillos refractarios y el almacenamiento en baterías es que los ladrillos refractarios almacenan calor en lugar de electricidad y tienen un costo una décima parte del de las baterías”, dijo el autor principal del estudio, Mark Z. Jacobson, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Sostenibilidad Doerr y la Escuela de Ingeniería de Stanford. “Los materiales también son mucho más simples. Son básicamente solo los componentes de la tierra”.
Almacenamiento de calor a alta temperatura
Muchas industrias requieren calor a altas temperaturas para la fabricación. Las temperaturas en las fábricas deben alcanzar al menos 1.300 grados Celsius para producir cemento, y 1.000 grados Celsius o más para la fabricación de vidrio, hierro y acero. Hoy en día, alrededor del 17% de todas las emisiones de dióxido de carbono en el mundo provienen de la quema de combustibles fósiles para producir calor para procesos industriales, según los cálculos de Jacobson y su coautor Daniel Sambor. Generar calor industrial a partir de fuentes renovables podría eliminar casi por completo estas emisiones.
“Al almacenar energía en la forma más cercana a su uso final, se reducen las ineficiencias en la conversión de energía”, dijo Sambor, investigador postdoctoral en ingeniería civil y ambiental. “A menudo se dice en nuestro campo que ‘si quieres duchas calientes, almacena agua caliente, y si quieres bebidas frías, almacena hielo’; por lo que este estudio se puede resumir como ‘si necesitas calor para la industria, almacénalo en ladrillos refractarios’”.
Ahorros sustanciales
Los investigadores se propusieron examinar el impacto de usar ladrillos refractarios para almacenar la mayor parte del calor de los procesos industriales en 149 países en un futuro hipotético donde cada país haya hecho la transición a la energía eólica, geotérmica, hidroeléctrica y solar para todos los propósitos energéticos. Estos 149 países son responsables del 99.75% de las emisiones globales de dióxido de carbono provenientes de combustibles fósiles. “Este es el primer estudio que examina una transición a gran escala de energía renovable con ladrillos refractarios como parte de la solución”, dijo Jacobson. “Descubrimos que los ladrillos refractarios permiten una transición más rápida y de menor costo a las energías renovables, y eso beneficia a todos en términos de salud, clima, empleo y seguridad energética”.
El equipo utilizó modelos computacionales para comparar costos, necesidades de terreno, impactos en la salud y emisiones involucradas en dos escenarios para un futuro hipotético en el que 149 países en 2050 están utilizando renovables para todos los propósitos energéticos. En un escenario, los ladrillos refractarios proporcionan el 90% del calor de los procesos industriales. En el otro, no hay adopción de ladrillos refractarios u otras formas de almacenamiento de energía térmica para procesos industriales. En el escenario sin ladrillos refractarios, los investigadores asumieron que el calor para los procesos industriales provendría de hornos eléctricos, calentadores, calderas y bombas de calor, con baterías usadas para almacenar electricidad para esas tecnologías.
Los investigadores encontraron que el escenario con ladrillos refractarios podría reducir los costos de capital en 1.27 billones de dólares en los 149 países en comparación con el escenario sin almacenamiento en ladrillos refractarios, al tiempo que se reduce la demanda de energía de la red y la necesidad de capacidad de almacenamiento de energía de las baterías.
Energía limpia, aire más limpio
Las soluciones para acelerar la transición a la energía limpia también están conectadas con la salud humana. Investigaciones previas han demostrado que la contaminación del aire causada por la quema de combustibles fósiles provoca millones de muertes prematuras cada año. “Cada vez que reemplazamos los combustibles de combustión con electricidad, reducimos esa contaminación del aire”, dijo Jacobson. “Y dado que hay una cantidad limitada de dinero para una transición a alta velocidad, cuanto menor sea el costo para el sistema en general, más rápido podremos implementarlo”.
Jacobson ha pasado su carrera entendiendo los problemas de contaminación del aire y clima y desarrollando planes energéticos para países, estados y ciudades para resolver estos problemas. Pero su enfoque en los ladrillos refractarios es relativamente nuevo, inspirado por el deseo de identificar soluciones efectivas que pudieran adoptarse rápidamente.
“Imaginen si proponemos un método caro y difícil de transición a electricidad renovable: tendríamos muy pocos interesados. Pero, si esto va a ahorrar dinero en comparación con un método anterior, se implementará más rápidamente”, dijo. “Lo que me emociona es que el impacto es muy grande, mientras que muchas de las tecnologías que he observado tienen impactos marginales. Aquí puedo ver un beneficio sustancial a bajo costo desde múltiples ángulos, desde ayudar a reducir la mortalidad por contaminación del aire hasta facilitar la transición del mundo a renovables limpias”.
Vía stanford.edu
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