Es ya una realidad palpable para todos que la transición energética es una prioridad a nivel mundial por la cual los sectores de transporte, industria y edificios tendrán que utilizar más energía renovable. La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA, por sus siglas en inglés) da las claves de esta transición en su informe anual World Energy Outlook (WEO) 2018: predominio de las energías renovables y eficiencia energética.
En este sentido, el sector eléctrico está aumentando su porcentaje de renovables, por lo que será el principal vector energético en esta transición. Aparte del sector del transporte, el cual tiene el foco puesto desde hace unos años en la electrificación del parque móvil, los sectores industrial y residencial son puntos claves para llevar a cabo esta transición energética. La presencia de renovables como fuente de energía en ambos sectores se encuentra aún por debajo de los niveles necesarios, por lo que es vital impulsar su electrificación. El uso directo de energías renovables como la solar térmica y el aumento de la eficiencia energética serían el complemento ideal para llegar hasta donde la electrificación no puede.
Tanto para la electrificación de estos sectores, como para el uso directo de energía solar térmica o el incremento de eficiencia energética, el almacenamiento térmico aparece como un pilar básico. Este almacenamiento térmico permite, entre otras cosas, mejorar la flexibilidad de la red eléctrica, superar el escollo de la intermitencia de las energías renovables, como la solar térmica, o aprovechar el calor residual en procesos industriales.
Uno de los mayores desafíos para impulsar la incursión del almacenamiento térmico en el mercado radica en el desarrollo de sistemas versátiles, con una considerable mayor densidad de almacenamiento térmico que los actuales, sobre todo en aplicaciones donde el espacio es limitado, y todo ello con un coste contenido. Para este fin los sistemas de almacenamiento térmico basados en materiales de cambio de fase (PCMs) son una alternativa interesante.
Los PCMs permiten almacenar gran cantidad de energía térmica (en forma de calor latente) gracias a sus cambios de fase (sólido-líquido o sólido-sólido) manteniendo una temperatura constante durante el proceso de transición. Estos sistemas ofrecen una densidad de almacenamiento mucho mayor con un rango de temperatura más estrecho entre el almacenamiento y la liberación de calor que los basados en calor sensible, como los tanques de agua, predominantes en muchas de las actuales aplicaciones centradas en los edificios. Debido a estas propiedades los PCMs pueden ser empleados como materiales termorreguladores o bien como almacenadores de calor para rangos estrechos de temperatura.
PCMs en edificios
Del total de consumo de energía en el sector residencial en España el 42% es destinado a calefacción y el 27% al aire acondicionado, mientras que en la Unión Europea estos consumos representan un 64% y un 15 % respectivamente. De esta manera, el empleo de PCMs en este sector contribuye de una manera significativa a la reducción del consumo total de energía. En relación a su aplicación en edificios, los sistemas de almacenamiento térmico basados en PCMs pueden clasificarse como sistemas pasivos o sistemas activos.
En los sistemas pasivos los PCMs suelen ser incorporados en los propios elementos de construcción, como en paneles de yeso, espumas de poliuretano, hormigón o cemento. Estos elementos tienen principalmente una función termorreguladora, evitando que las habitaciones se sobrecalienten durante el día en los meses cálidos o reduciendo la necesidad de calefacción durante la noche en el invierno. Los sistemas pasivos pueden ser combinados con los activos para aumentar su efectividad, favoreciendo así la carga y descarga completa de los PCMs.
Este tipo de soluciones están presentes en CIC energiGUNE, formando parte del proyecto NRG-Storage, donde se aspira a reemplazar los actuales materiales utilizados en la envolvente de los edificios por una novedosa espuma cementosa, ultraligera y no inflamable, que permita el almacenamiento activo y pasivo de energía. Se trata de una opción “verde” altamente innovadora que combina la utilización de material no inflamable y ultraligero con materiales de base biológica para dar lugar a una espuma cementosa multifuncional, denominada espuma NRG.
CIC energiGUNE está particularmente involucrado en la caracterización de todos los ingredientes de los compuestos de este innovador material (pasta de cemento dopada con nanopartículas de grafeno y material de cambio de fase microencapsulado) permitiendo lograr el mejor encaje entre las propiedades de aislamiento térmico y la capacidad de almacenamiento de calor. La siguiente imagen muestra un esquema conceptual del material desarrollado en el marco de este proyecto, así como las microcápsulas empleadas en el dopaje de la espuma.