Las cerámicas: un aliado esencial para la transición hacia un modelo energético sostenible
Hacia una economía neutra en carbono
El inminente cambio climático es, sin duda alguna, uno de los más grandes desafíos a los que se enfrenta la humanidad en el siglo XXI, siendo indiscutiblemente necesaria una transición energética hacia un modelo bajo en emisiones de carbono, basado en energías renovables. En particular, la Unión Europea afronta este gran reto, que supone la descarbonización de la economía, marcándose dos objetivos ambiciosos: a) reducir en 2030 la intensidad de emisiones de CO2 en un 50% con respecto a 2007 y b) consolidar una economía neutra en carbono, es decir, con un balance neto de emisiones cero para 2050. Esto ha impulsado el desarrollo de diversas tecnologías para la generación de energía renovable, almacenamiento a gran escala y uso eficiente de la misma, logrando así en Europa incrementar el porcentaje de energía de este tipo desde un 8.5% de 2005 hasta un 17.5% en 2017.
Materiales para la transición energética: el potencial de las cerámicas
En este sentido, el despliegue de las energías renovables requiere del desarrollo y aplicación de materiales capaces de conservar su integridad y propiedades al ser expuestos a elevadas temperaturas fluctuantes y en atmósferas agresivas, caracterizadas por la presencia de ácidos, álcalis o agentes altamente oxidantes. Estas condiciones de operación aceleran considerablemente los procesos de degradación que afectan a estos materiales, viéndose afectada su funcionalidad seriamente. Además, a pesar de las diferencias de tipo tecnológico existentes entre los diversos tipos de energías (geotérmica, solar, bioenergía, nuclear, etc.), las clases de materiales de interés, los componentes que se ven afectados y los procesos de degradación observados son comunes a las distintas tipologías de energías renovables.
Con este escenario en mente, es prácticamente inevitable que los materiales cerámicos no irrumpan en escena como uno de los candidatos más prometedores en los que apoyar la antes mencionada transición energética. Con una historia que va ligada a la de la propia humanidad, podríamos decir que las cerámicas son materiales propios del Neolítico, pero con cualidades propias de la era espacial. Así, su dureza, su baja conductividad eléctrica, su elevada resistencia térmica, así como su prácticamente total inercia química, algo especialmente importante en procesos de corrosión, justifican el inmenso potencial de los materiales cerámicos en el campo de las energías renovables. Veamos algunos ejemplos a continuación.
El papel desempeñado por las cerámicas en las energías renovables: algunos ejemplos interesantes
En el caso de la energía geotérmica, los denominados yacimientos geotérmicos supercríticos, cuya investigación se viene desarrollando en los últimos tiempos, permiten la producción tanto de electricidad como de hidrógeno. Concretamente, los recursos asociados están calentados por el magma en regiones volcánicas, lo cual requiere del desarrollo de equipos que puedan funcionar adecuadamente y durante largos períodos de tiempo a temperaturas extremadamente elevadas (superiores a 300 0C). En este caso, la aplicación de materiales cerámicos prolongaría de forma notable el tiempo de vida de estos pozos de producción y, según las estimaciones, permitiría aumentar hasta un factor de 10 la producción energética en un plazo de 10 años.
Representación esquemática de una central de geotermia profunda.
Fuente: Asociación Regional de Químicos y Profesionales de la Industria de Castilla-La Mancha
Por otro lado, la eficiencia a la hora de generar electricidad a partir del calor obtenido a través de la concentración de energía solar mejora de forma significativa con el empleo de intercambiadores de calor de naturaleza cerámica, dotados de elevada resistencia a la fractura térmica y a la corrosión. Por consiguiente, el desarrollo de intercambiadores cerámicos más resistentes y, a su vez, más asequibles, permitiría que la energía solar por concentración fuese más competitiva frente a los combustibles fósiles, con la consiguiente y sustancial reducción en las emisiones de CO2 asociadas a la producción de electricidad.
Torre CESA-I reflejada en el campo de heliostatos.
Fuente: Plataforma Solar de Almería (PSA)
En cuanto a las tecnologías del hidrógeno y pilas de combustible se vislumbra un gran potencial para contribuir a la descarbonización de la energía. Así, empresas como Honda, Toyota y Hyundai ya producen en masa vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno y más de 225.000 hogares cuentan con sistemas de calefacción basadas en estas tecnologías. Sin embargo, para desplegar completamente el potencial de estas tecnologías resulta primordial prolongar la vida útil y la resistencia a la corrosión de los materiales empleados en la fabricación de aquellos componentes en contacto con el hidrógeno. Nuevamente, es aquí donde los materiales cerámicos suponen una potente alternativa.
Vehículo de hidrógeno, Toyota Mirai, repostando en una estación de hidrógeno.
Fuente: Toyota
La bioenergía, por su parte, ya sea para generar calor, electricidad o combustibles para el transporte, experimentará según los expertos el mayor crecimiento en el consumo de renovables durante el periodo 2018-2023. Para tal fin, resulta fundamental la implementación de materiales resistentes a la corrosión bajo elevadas temperaturas de trabajo. Esto no únicamente aumentaría la eficiencia de los procesos involucrados, al permitir temperaturas superiores de trabajo, sino que también abriría la puerta al procesado de residuos derivados de combustibles, con elevado contenido en impurezas y altamente corrosivos.
La transición energética como oportunidad para el sector cerámico
Esto son sólo unos pocos ejemplos que demuestran el enorme potencial de los materiales cerámicos como facilitadores de la tan necesaria transición energética. De este modo, y en línea con el informe publicado por la Comisión Global de Adaptación al cambio climático (CGA), el reto que supone tal transición representaría una oportunidad económica de la que podría beneficiarse el sector cerámico. Así, sectores dominados por aleaciones susceptibles de corrosión, como los aceros, o por materiales extremadamente caros y a su vez difíciles de conformar, como el carburo de silicio, supondrían unas más que interesantes vías de diversificación de nuestro sector. Evidentemente, el sector debe estar preparado para romper inercias, afrontar esta oportunidad y abrirse paso hacia nuevos e interesantes mercados.
Técnico de la Unidad de Inteligencia Competitiva de ITC
Referencias
- Informe de la Comisión Global de Adaptación al cambio climático sept. 2019
- Renewables 2018. Analysis and Forecasts to 2023
- Advanced Materials for Clean Energy sept. 2019
- EERA position paper. Materials for high temperature application
- Plataforma solar de Almería
- Manual de Geotermía del Ministerio para la transición ecológica
