CO₂ supercrítico para la energía solar de concentración

La gestionabilidad de la energía sigue siendo el talón de Aquiles de la energía obtenida a través de fuentes renovables. Es en este contexto donde cobran importancia las nuevas fuentes energéticas capaces de proporcionar energía asequible, segura y con alta disponibilidad y gestionabilidad, como la CSP (Concentrated Solar Power, energía termosolar de concentración) con almacenamiento.

Pese a los esfuerzos realizados en desarrollos de energías renovables para la lucha contra el cambio climático, la gestionabilidad de la energía sigue siendo el talón de Aquiles de la energía obtenida a través de fuentes renovables. Las tecnologías actuales permiten obtener una energía limpia a bajo coste, pero su producción es intermitente y poco predecible. Por ello, tanto instituciones, como gobiernos y empresas están trabajando unidos en el desarrollo y reducción de costes de las nuevas fuentes energéticas capaces de proporcionar una energía asequible, segura y con alta disponibilidad y gestionabilidad, tales como la CSP con almacenamiento.

“El uso de CO₂ supercrítico en la energía solar de concentración supone múltiples ventajas no solo para la gestionabilidad de las plantas sino también para la reducción de costes.

Una de estas líneas de investigación pasa por la utilización de ciclos de CO₂ supercrítico en plantas eléctricas, tanto convencionales como termosolares. El CO₂ (dióxido de carbono) es una molécula sencilla, básica para la vida del ser humano (fotosíntesis, respiración, etc.) y que presenta características físico-químicas muy relevantes para diversos usos. El estado supercrítico es un estado de la materia en el que los límites entre el estado líquido y el estado gaseoso se difuminan, comportándose la sustancia con propiedades mixtas, difundiéndose y propagándose como un gas, pero disolviendo sustancias como si fuese un líquido. Para el caso del CO₂, el CO₂ supercrítico (s-CO₂ o sCO₂) se da cuando el CO₂ se encuentra a temperaturas mayores de 31ºC y presiones mayores de 73 atmósferas.

El ciclo de sCO₂ tiene un mayor rendimiento que los ciclos convencionales de vapor. Este aumento, que puede ir del 40 % en vapor hasta un 50 % en sCO₂, se debe principalmente a la mayor temperatura de trabajo del nuevo ciclo. Además, el CO₂ tiene un volumen específico muy inferior al vapor de agua, lo que tiene la ventaja fundamental de reducir el tamaño de los equipos e interconexiones, reduciendo significativamente el coste de la planta. Por último, el menor tamaño en tuberías presenta un segundo beneficio. Y es que el impacto de aumentar el espesor cuando se opera a alta presión y mayor temperatura tiene un menor coste en los ciclos de sCO₂ que en los ciclos de vapor, donde se trabaja con mayor diámetro y por tanto el espesor de la tubería tiene mayor impacto económico.

“El uso del CO₂ supercrítico supone también un incremento del rendimiento, del tamaño de los equipos y de un menor consumo de recursos como el agua.

El incremento de rendimiento, la reducción del tamaño de los equipos y la reducción en el uso de un recurso tan importante como es el agua son un gran aliciente para hacer de la tecnología de sCO₂ una tecnología madura y viable. En ese sentido, existe una gran presión a nivel internacional por conseguirlo. Estados Unidos está apostando fuertemente por el sCO₂, con uno de los proyectos más ambicioso para su integración en CSP: el Gen3; Europa, bajo el programa Horizonte 2020, está financiando proyectos de investigación y desarrollo como son el SCO2Flex, SCO2hero, Scarabeus o SolarsCO2OL; China por su parte aspira a ser el primero en poner en marcha un proyecto de sCO₂ en Shouhang con una potencia de 10 MW.

En esta línea, Abengoa participa actualmente en dos proyectos europeos centrados alrededor del sCO₂: Scarabeus y SolarsCO2OL. Estos proyectos buscan resolver distintos retos técnicos capaces de impulsar la tecnología de sCO₂ a una rápida incursión en el mercado de la energía solar de concentración.

Cristina Prieto Ríos,directora de Innovación termosolar de Abengoa