Exergía y Sostenibilidad

Esta entrada al blog es una continuación de los post dedicados al Análisis de Ciclo de Vida de sistemas energéticos (ver esto, esto y esto). En este caso, se introduce el concepto de exergía, que se refiere a la cantidad de trabajo útil máxima que se puede obtener de un sistema. El concepto de energía es una medida de cantidad mientras que la exergía es una medida no sólo de la cantidad sino que también de su calidad. El análisis exergético del ciclo de vida en sistemas de producción de energía es, por ello, una herramienta fundamental en la evaluación de las fuentes de energía renovables.

 

[José Luis Gálvez]

Se define exergía como el máximo trabajo útil que puede realizar un sistema respecto del ambiente. Analizando la exergía de un sistema, se observa la degradación de la energía dentro de un sistema por su pérdida de exergía, o a qué esta asociada esa exergía. La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. La exergía, como habilidad para producir trabajo, se destruye, siendo la exergía destruida una medida de la degradación en la transformación de la energía.

Imagínese un proceso que produce un gran volumen de gas a 40ºC a 1.2 atm de presión. El análisis convencional dirá que ese volumen de gas puede contener un alto contenido energético, pero el análisis exergético será muy desfavorable, porque el trabajo útil que se puede extraer de esa corriente –es decir, la exergía- es muy escaso.

El análisis de ciclo de vida extendido a al exergía, o Análisis de Ciclo de Vida Exergético (ACVEx o ExLCA) examina los flujos de exergía dentro de un sistema y tiene como objetivo buscar la reducción de destrucción de exergía y mejorar la eficiencia de procesos y sistemas. En sistemas de producción de energía, el análisis de ciclo de vida exergético nos dice la presión que hace el sistema sobre los recursos exergéticos: el consumo de energía fósil tiende a destruirlos y el consumo de energía renovable tiende a crearlos.

El contenido exergético de combustibles fósiles es muy similar al de su poder calorífico inferior (al quemar 1 MJ de gasolina, se destruye 1 MJ de exergía) mientras que la exergía asociada a energía renovable se considera “gratis”, es decir, que los sistemas de energía renovable “crean” exergía. Este tipo de exergía es directa, la cual también se asocia a materiales (cantidad de exergía asociada a un material es la gastada en fabricarlo). La exergía indirecta es aquella que trata de equiparar el contenido exergético de materiales y dispositivos dividiendo el coste de esos materiales por el coste de una unidad de exergía de combustible fósil, y es esta magnitud la que se suma a la exergía directa en los balances que se realizan en análisis de ciclo de vida.

Como ejemplo, Dincer y col., 2007, (Exergy: energy, environment and sustainable development, editado por Elsevier) proponen el análisis de varias rutas de combustibles para automoción: gasolina e hidrógeno (ver Figura 1).

Figura 1. Rutas de obtención de combustibles analizadas por Dincer y col., 2007.

Los valores de eficiencia exergética, definida como la exergía del combustible producido dividida por la exergía de combustibles fósiles aportada en todo su ciclo de vida, para las rutas presentadas en la Figura 1 son las siguientes:

 

Destaca el valor por encima del 100% al considerar el origen eólico del hidrógeno, que se debe a la creación de exergía que produce dicho hidrógeno respecto del total de recurso exergético que se ha consumido en su ciclo de vida. El hidrógeno solar, en cambio, tiene una eficiencia similar al de gas natural y por debajo de la gasolina debido al gran consumo de materiales valiosos en su ciclo de vida.

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Comentarios

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Puedo concluir entonces que en los sistemas donde se obtiene un producto de consumo y en los cuales se presenta la aparicion de un subproducto como residuo. ¿Este posee un potencial exergico si de él se puede obtener un biocombustible bien solo o en combinacion de otros residuos. Y que este potencial exergico esta relacionado con parte de la energia que se utilizo en la obtencion del producto de consumo del cual proviene este residuo?

Freddy, cuando se habla de combustibles, el potencial exergético es prácticamente igual que el poder calorífico, independientemente si es un residuo o no.

En el caso del balance exergético de biocombustibles, al ser un producto dependiente de una fuente renovable, el sol, se sutrae la parte renovable del balance (exergía "gratis") pero sí consume exergía en otras operaciones (recolección, transporte, tratamiento, procesado, etc.)

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