Las bombas de calor de alta temperatura alimentadas por energías renovables son la opción más barata para el vapor industrial

Un equipo de investigación de la Universidad Johannes Kepler de Linz (Austria) ha sugerido que los responsables políticos subvencionen los proyectos industriales que utilicen bombas de calor para generar vapor con una tarifa de 3 euros (3,2 dólares) por gigajulio (GJ). Este es el resultado de un análisis de precios sobre el impacto ambiental de las distintas técnicas de producción de vapor, según el cual las bombas de calor que funcionan con energías renovables son las menos costosas. “Teniendo en cuenta los 43,20 terajulios (TJ) producidos a lo largo de la vida útil de la central, se podría pagar una subvención de 129.600 euros”, afirman los investigadores.

Aunque la investigación se ha centrado en la energía eólica como fuente renovable de electricidad, el coautor Lukas Zeilerbauer declaró a pv magazine que el uso de la energía solar debería arrojar resultados muy similares. “En general, la energía fotovoltaica tiene un mayor impacto en el potencial de calentamiento global que la eólica, pero, por supuesto, sigue siendo muy inferior al de los vectores energéticos fósiles”, afirmó. “La fotovoltaica presenta un precio sombra de 1,46 euros (1,58 dólares), por lo que es casi igual que la eólica”.

En el artículo “Life cycle assessment and shadow cost of steam produced by an industrial-sized high-temperature heat pump” (Evaluación del ciclo de vida y costo sombra del vapor producido por una bomba de calor de alta temperatura de tamaño industrial), publicado en Sustainable Production and Consumption, los científicos explicaron que utilizaron la Evaluación del Ciclo de Vida (ECV) para comparar distintas técnicas de generación de vapor utilizadas a escala industrial, entre ellas las bombas de calor de alta temperatura (HTHP). Otras técnicas de producción de vapor son los procesos de vapor-biogás, los procesos de biomasa sólida y otros procesos basados en gas natural y fuel-oil ligero.

Los investigadores consideraron dos escenarios diferentes, uno en el que el vapor se produce con una presión de 2 bares y otro con una presión de 5 bares. Para ambos escenarios, tuvieron en cuenta el uso de electricidad eólica o de red.

“El problema de los métodos de ACV es que suelen constar de más de diez categorías de daños y, por tanto, de resultados diferentes que se refieren a ámbitos distintos, y es difícil encontrar factores de ponderación entre estos resultados tan diferentes”, explicó el grupo de investigación. “Sin embargo, los expertos han propuesto utilizar valores monetarios desde el principio. Uno de esos enfoques es el precio sombra, que tiene la idea subyacente de que, al final, un gobierno, en representación de su pueblo, tiene que ‘reparar’ los daños ambientales y, por tanto, le interesa mitigar esos costos”.

Como era de esperar, los académicos descubrieron que la combinación de bombas de calor con energía eólica tiene el costo más bajo, de 1,44 euros por GJ en el escenario de 2 bares, y de 2,24 euros en el caso de 5 bares. El cambio de la energía eólica al mix de la red española ha dado lugar a unos precios de 3,83 y 6,23 euros respectivamente. En comparación, el uso de biomasa sólida para el proceso de vapor tuvo un precio ambiental de 17,2 euros por GJ, y el fuelóleo ligero costó 9,81 euros.

Profundizando en los efectos medioambientales de los distintos métodos, la investigación ha descubierto que en el mejor de los casos se reduce el 98% de las emisiones de efecto invernadero. Sin embargo, otras medidas medioambientales arrojaron resultados más dispares, ya que, por ejemplo, los resultados relacionados con la toxicidad fluctuaron entre las bombas de calor y los valores de referencia.

“Un hallazgo inesperado fue que el fluido de trabajo y sus fugas no tenían una contribución significativa al potencial de calentamiento global, pero eran casi los únicos responsables del potencial de agotamiento de la capa de ozono”, destacaron los investigadores. Asumieron el uso de R134a como fluido de trabajo, ya que es el único del que se dispone de información en la literatura académica sobre ACV.

La HTHP examinada en este estudio se diseñó para su implantación en la línea de decapado de una acería en España. Tiene una capacidad nominal de suministro de calor de 250 kW e incluye un tanque flash diseñado a medida para la generación de vapor, así como una bomba de circulación.

“Aunque la bomba de calor generadora de vapor considerada en este estudio fue diseñada para ser implementada en la línea de acabado de una planta siderúrgica, los resultados de este estudio pueden aplicarse a muchos otros sectores industriales, ya que el vapor es un portador de calor universal para muchos procesos industriales”, explicaron los académicos. “Esta bomba de calor podría utilizarse en cualquier otro proceso que requiera vapor a baja presión de hasta 5 bares”.