Nuevo concepto de almacenamiento térmico a baja temperatura por adsorción reversible de vapor de agua

El elevado consumo energético asociado a la climatización de edificios podría reducirse sustancialmente empleando sistemas eficientes de almacenamiento térmico a baja temperatura. En este sentido, recientemente se ha propuesto aprovechar la adsorción reversible de agua en sólidos para acumular altas densidades de energía de forma estable durante periodos prolongados de tiempo.

 Autor: [Juan M. Coronado – IMDEA Energía]

La calefacción y el aire acondicionado representan en conjunto casi la mitad de la demanda final de energía en la industria y los hogares europeos. La utilización a gran escala de paneles solares térmicos o la recuperación del calor residual de procesos industriales para estas aplicaciones tendría un gran impacto en el consumo de energía de la UE. Sin embargo, la implementación de estos sistemas está actualmente limitada por la falta de sistemas de almacenamiento de energía térmica eficaces, que permitan un ajuste óptimo entre la demanda y la producción. Las opciones que están actualmente disponibles en el mercado se reducen a la utilización de voluminosos tanques de agua caliente, que sólo pueden ser empleados para un almacenamiento a corto plazo (horas). En los últimos años, la utilización de la adsorción reversible de agua en sólidos se ha convertido en un tema de gran interés, ya que proporciona un nuevo concepto de almacenamiento térmico con un potencial para la acumulación a largo plazo (meses) de una alta densidad de potencia [1]. Sin embargo, actualmente no existe todavía un sistema comercial de almacenamiento de calor con el suficiente grado de madurez tecnológica. Idealmente un material absorbente para estas aplicaciones debería permitir alcanzar unas densidades de energía por encima de los 250 kWh/m³ y con unas temperaturas de activación por debajo de los 120 ^oC.

El desarrollo de adsorbentes con las características adecuadas para estas aplicaciones es el objetivo del proyecto STOREHEAT [2], financiado por la red MATERA ERA-NET y en el que participan el Instituto Nacional de Química de Eslovenia (INC) como coordinador, y el Instituto IMDEA Energía en España. Las actividades previstas en esta propuesta se centran fundamentalmente en estas tres líneas investigación: (i) el desarrollo y optimización de materiales para el almacenamiento a largo plazo de calor de baja temperatura (calor solar sin concentración o residual), (ii) escalado de métodos energéticamente eficaces y de bajo coste para la fabricación de estos materiales y (iii) su ensayo en sistemas reales de almacenamiento sometidos a ciclos de carga y descarga. Los materiales propuestos son fosfatos microporosos hidrófilos y MOFs con resistencia hidrotermal. La primera innovación del proyecto será ajustar la estructura y la composición química de materiales para obtener una óptima capacidad de adsorción de agua y de almacenamiento de calor. La segunda innovación estará a cargo de la empresa eslovena  Silkem y consistirá en el escalado de la producción de estos materiales para pasar de la síntesis de laboratorio a un proceso semi-industrial. En este sentido, el principal objetivo del proyecto es proporcionar a la industria europea nuevos materiales para el almacenamiento de calor, que deberán proporcionar una densidad energética al menos cuatro veces superior al proporcionado por el calor sensible del agua (resultando en volúmenes de almacenamiento reducidos), y con pérdidas térmicas sustancialmente menores. Además con el fin de maximizar los beneficios económicos y ambientales los materiales desarrollados deben ser seguros, no tóxicos, y de coste moderado. Los nuevos sistemas pueden facilitar un mayor uso de los paneles solares térmicos, al mismo tiempo que mejorarán la eficiencia energética de los sistemas de calefacción/refrigeración ya existentes en edificios e industrias. En consecuencia, el éxito de este proyecto puede contribuir a una disminución significativa en el consumo de combustibles fósiles.

 [1] Stefan K. Henninger, Hesham A. Habib, and Christoph Janiak. MOFs as Adsorbents for Low Temperature Heating and Cooling Applications. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (8), 2776-2777.

[2] http://www.tekes.fi/info/matera/Matera+projects.