Izan ere, erregai fosilen aurrean energia berriztagarrien erabilera orokortua lortzeko trantsizio energetikoaren prozesu honetan, biltegiratze termikoak berebiziko garrantzia du.

Ez bakarrik energia iturri eolikoak edo eguzki-energia bezalako aldizkakotasunaren oztopoa gainditzeko aukera ematen duelako, edo energiaren ekoizpenaren eta eskariaren arteko desfasea gainditzen duelako, baita energia-kudeaketa optimizatzeaz arduratzen delako ere, besteak beste, eguzki-kontzentrazioko zentraletako ekoizpen elektrikoa edo prozesu industrialetako hondar-beroaren aprobetxamendua.

Biltegiratze termikoaren balio nagusia energia-kantitate handiak kostu baxu erlatiboan eta hainbat sektoretan (hala nola etxebizitzen eta eraikinen berokuntza eta hozte sektorean, bero- edo hotz-prozesu industrialetan, eta, are, sare elektrikorako energia-biltegiratze masiboaren osagarri gisa) biltegiratzeko duen gaitasunean datza.

Biltegiratze termiko motak teknologiaren arabera

Energia termikoa (TES) biltegiratzeko sistemek beroa edo hotza gorde dezakete, ondoren baldintza aldakorretan erabiltzeko, hala nola tenperatura, kokapena (garraiatzen denean) edo potentzia.

Sistema horietan, energiak kargan, biltegiratzean eta deskarga energetikoan oinarritutako ziklo oso bat egiten du, eta baldintza batzuk bete behar ditu, hala nola biltegiratze-materialak energia-dentsitate handia izatea, eroankortasun termiko ona, egonkortasun kimiko eta mekanikoa, zikloen itzulgarritasun osoa eta biltegiratze-aldian galera termiko txikiak izatea.

Sistema hauen energia termikoa hiru modutan gorde daiteke: gorputzen bero sentigarriaren aprobetxamenduaren bidez, fase batetik bestera aldatzean sortzen den bero latentearen bidez, edo erreakzio kimiko batean inplikatutako energiaren bidez.

Bero sentikorra biltegiratzeko sistemak

Bero sentikorra biltegiratzeko sistemak material baten barne-energiaren aldaketan oinarritzen dira, bere tenperatura aldatuz. Solido edo fluido baten tenperatura handitzeko beroa erabiltzen da. Solido edo fluido hori gehieneko funtzionamendu-tenperaturan biltegiratzen da, deskarga fasean sartu arte.

Transferentzia-fluidoak erabiltzen dira, hala nola airea, olioa eta biltegiratze-materialak, hala nola gatz urtuak, harriak, hormigoia... Hautatzeko, materialaren dentsitatea, bero espezifikoa edo eroankortasuna hartzen dira kontuan, besteak beste.

Tenperatura ertain-baxuetan bero sentikorra biltegiratzeko gehien erabiltzen den likidoetako bat ur bero sanitarioa (etxeko ur bero sanitarioa), berokuntza edo klimatizazioa sortzeko erabil daitekeen ura da, eta tankeak erabiltzen dira biltegiratzeko.

Tenperatura altuko bero sentikorraren biltegiratzea oso zabalduta dago aplikazio industrial eta komertzialetan, eraginkorrak eta sinpleak direlako. Bere heldutasun eta hedapen mailaren adibide onak zentral termosolarrak edo eguzki-kontzentrazioko zentralak dira, non, nagusiki, gatz urtuak dituzten tanke bikoitzeko sistemak erabiltzen diren.

Zentral mota hauek, euren funtzionamendua, eguzki erradiazioaren kontzentrazioan oinarritzen dute, kontzentrazio sistema bezala jarduten duten ispilu batzuen bidez, eta zilindro paraboliko motakoak, dorre zentralekoak, Fresnel linear edo disko parabolikokoak izan daitezke. Bero-transferentziako fluido batek (HTF) xurgatuko du bero hori eta kontzentratutako erradiazioa biltegiratze-sistema bateraino garraiatuko du, ondoren bero hori elektrizitate bihurtzeko beharrezkoa izanez gero.

Eraginkortasuna frogatuta duten arren, eguzki-kontzentrazioko zentralek kostuak murrizteko erronkari aurre egin behar diote. Zentzu horretan, Zentralak egungo tenperatura maximoak (565 ºC) baino tenperatura altuagoetan jardutearen aldeko apustua egiten ari dira, horrek beroa elektrizitate bihurtzeko prozesuan eraginkortasuna hobetzea ahalbidetuko lukeelako.

Horretarako, gainera, errentagarriak diren tenperatura handiko materialak ikertzen ari dira, hala nola belaunaldi berriko biltegiratze-sistemak, hala nola gatz hirutarrak, CO₂ superkritikoa edo airea bero-transferentziako fluido gisa.

Bero latentea biltegiratzeko sistemak

Energia termikoaren bigarren biltegiratze mota gisa, bero latentearen biltegiratzea identifika dezakegu. Kasu honetan, beroa biltegiratze-materiala fasez aldatzeko erabiltzen da: solidotzea, lurruntzea, kondentsazioa edo sublimazioa.

Biltegiratze mota honetan erabiltzen diren materialak, fase aldaketarako materialak edo PCM deritzenak dira, eta, ura bezain ohikoak diren batzuk dauden arren (antzinatik hotzean biltegiratzeko izotz bezala erabiltzen dena), merkatura iritsi diren material edo aplikazio oso gutxi daude.

Izan ere, bero latentearen biltegiratzeak bero sentikorraren biltegiratzeak baino energia-dentsitate handiagoa badu ere, biltegiratze mota horrek zenbait muga ditu faseen bereizketari, korrosioari, epe luzerako egonkortasunari, eroankortasun termiko baxuari edo PCMen kostu handiari dagokienez.

Biltegiratze termokimikoko sistemak

Beste bi bero-biltegiratze motak ez bezala, erreakzio kimikoen bidezko biltegiratzea biltegiratze-materialaren barne-aldaketan oinarritzen da. Biltegiratze termokimikoan, erreakzio kimiko itzulgarri batetik sortutako beroa xurgatzen da, eta erreakzio endotermikoa sortzen da energia termikoaren deskargarekin eta exotermikoa xurgatzen duenean.

Biltegiratze termokimikoko sistemek abantaila ugari dituzte beste biltegiratze termikoen aldean: energia-dentsitate handiagoa (biltegiratze termiko sentikorra baino 10 aldiz handiagoa), giro-tenperaturan biltegiratzeko aukera, epe luzerako biltegiratzea, garraiatzeko erraztasuna.

Hala ere, biltegiratze mota hori aurretiazko garapen-fasean dago oraindik, konfigurazio konplexuagatik, kostuagatik eta beroa transferitzeko ahalmen urriagatik. Izan ere, gaur egun, ikertzaileen ahaleginak material eta sistemak identifikatzen ari dira, itzulgarritasuna eta karga- eta deskarga-ziklo ugarietan zehar energia-gaitasunaren galerarik eza bermatzeko.

Gaur egun, proiektu pilotuak baino ez daude (horietako batzuek etorkizun handiko emaitzak dituzte) laborategian edo industria aurreko fase batean. Horrek erakusten du teknologia hori oraindik TRL (Technology Readiness Level) oso baxuan dagoela, eta, beraz, pentsa dezakegu urte dezente igaroko direla industrian aplikatutako biltegiratze termokimikoa ikusi baino lehen.

Biltegiratze termikoko sistemak tenperatura-mailaren arabera sailkatzea

Bero sentikorra biltegiratzeko adibideetan aurreratu dugun bezala, biltegiratze termikoko sistemen aplikazioak tenperatura-mailaren arabera ere sailka daitezke: baxua, 100-150 ºC-rainoko aplikazioetarako; ertaina, 300 ºC ingurukoa; eta biltegiratze termikoko aplikazioak tenperatura altuetan, 1000 ºC-raino iristen direnean.

Energia termikoa tenperatura baxuan biltegiratzeari dagokionez, lurpeko biltegiratzea da adibiderik argienetako bat, azaleko geotermia bezala ere ezagutzen dena. Izan ere, lurzoruak bero-ahalmen handia duenez, eta isolamendu termiko gisa dituen propietateak kontuan hartuta, biltegiratze mota horrek aukera asko ematen ditu energia aurrezteko edo energia berriztagarriak aplikatzeko.

Dagoeneko merkataritza-fasean dagoen adibide bat akuiferoetan energia termikoa biltegiratzea da; sistema horrek neguan putzu beroetako lurpeko ura ponpatzen du eraikin bat berotzeko edo, alderantziz, putzu hotzetako ura ponpatzen du udan etxebizitza bat hozteko.

Tenperatura altuetan biltegiratze termikoko aplikazioak

CIC energiGUNEn egiten ditugun ikerketak 300ºC-tik gorako tenperaturak dituzten aplikazioetan oinarritzen dira nagusiki (baina ez bakarrik).

Izan ere, prototipoak eta proba termikoak egiteko laborategi bat dugu, eta, horri esker, horrelako aplikazioen benetako baldintzak erreproduzitu ditzakegu, ingurune kontrolatu eta seguru batean. Aire-begizta bat eta olio-begizta bat (eraikitzen ari den lurrun-begizta batez gain) dira, 400ºC-tik 800ºC-ra bitarteko tenperaturak jasaten dituztenak, eta produktu, sistema edo osagai berriak eskala garrantzitsu batean baliozkotzea errazten dutenak.

Aipatu ditugun zentral termosolarrez edo eguzki kontzentraziokoez gain, tenperatura tarte honetan beste sistema batzuk ere badaude, hala nola aire konprimitu bidezko energia biltegiratzea (CAES bezala ezagutzen dena). Sistema horrek saretik datorren energia-soberakina aprobetxatzen du energia sortzeko, airearen konpresio-fase baten bidez eta, ondoren, turbina baten bidez hedatzeko. Gainera, prozesuan sortutako beroa biltegiratzeko biltegiratze termikoko sistema bat gehitzen bazaio, sistema osoaren eraginkortasuna hobetzea lortuko dugu.

Hala ere, aplikazio hori ez da oso ustiatua industria mailan, bideragarritasun ekonomiko txikia baitu.

Ez da horrela gertatzen industria-sektorearen energia-eraginkortasunari dagokionez tresnarik indartsuenetakotzat jotzen denarekin: industria-hondakinen beroa berreskuratzeko sistemak (IWHR, ingelesezko siglengatik).

Izan ere, trantsizio energetikoaz eta energia berriztagarrien aldeko apustua egiteko beharraz ari bagara, ekoizpen hori jasangarria izatea bezain garrantzitsua da haren kudeaketa egokia izatea. Are gehiago energia kontsumitzaile handienetako bati buruz hitz egiten dugunean, industriaren kasuan, kontsumo osoaren ia % 35ekin.

Siderurgia, zementu-fabrika, beiratea, forja edo galdaketa bezalako industriak, tenperatura altuko energia-kontsumitzaile handiak dira, beraz, hondakin-beroa berreskuratzeko sistemetarako hautagai bikainak; izan ere, uste da prozesu gehienetan % 20 eta % 50 artean galtzen dutela hondakin-bero gisa, ihes-gas gisa, errekuntza kimikoko prozesuetan, ura hozteko prozesuetan, etab.

Baina, bero itxurako energia-soberakin hori berreskuratzeaz gain, energia hori berraprobetxatzeko biltegiratze-sistema bat ezartzen bada, energia primarioaren horniduraren murrizketa handia lor daiteke, berotegi-efektuko gasen isurketen murrizketa nabarmenarekin batera.

Izan ere, industrian biltegiratze termikoko sistema batek bero-iturria (aldizkakoa izan ohi dena) bere horniduratik bereiztea ahalbidetzen du, energia eskariaren arabera aprobetxatzea lortuz eta tenperatura eta/edo potentzia bezalako faktoreak erregulatuz berrerabiltzea ahalbidetuz.

Horrek erakusten du biltegiratze termikoko sistemek industriaren eraginkortasun energetikoari ematen dioten potentziala, eta Europar Batasunak horren berri hartu du proiektu eta programa ugari finantzatuz.

Biltegiratze termikoko ikerketa-proiektuak

Horietako bat ReSlag da. CIC energiGUNE buru duen eta Horizonte 2020 ekimenaren barruan dagoen proiektu europar horren helburuetako bat altzairugintzako zepa altzairugintzan bertan (bereziki arku elektrikoko labean) beroa berreskuratzeko aplikazioetarako biltegiratze-material gisa aplikagarria ote den ikertzea zen. Proiektuari esker, 1/10 eskalako prototipo erakusle bat eraiki zen ArcelorMittalek Sestaon (Bizkaia) dituen instalazioetarako.

Proiektuaren kolaboratzaileek, DLR eta ENEA kasu, zeparen portaera aztertu zuten, eguzki-zentral termoetan biltegiratze termikorako material gisa aprobetxatzeko, bai belaunaldi berrikoetan (airez lan egiten dute), bai tradizionaletan (gatz urtuekin).

Bestalde, ECOSLAG proiektuaren helburua da gaur egun alferrik galtzen den prozesuetan zeparen berotasuna berreskuratzea ahalbidetuko duten irtenbideak ikertzea.

Proiektuko kolaboratzaileak Alemania, Italia eta Suediako altzairutegiekin ari dira lanean, eta CIC energiGUNEn, berriz, galdatutako zeparen beroa berreskuratzeko kontzeptu berri bat garatu dugu, Basauriko (Bizkaia) Sidenorreko eskoriategiaren lurzoruan sartutako trukagailu bat erabiliz.

Azken urteotan industria-beroa berreskuratzeko sistemetan aurrerapenak lortu diren arren, oraindik ere hobetzeko tarte handiak daude; beraz, CIC energiGUNEn ikertzen jarraitzen dugu, bai material berrien garapenean, bai energia aprobetxatzeko eszenatoki bideragarriak planteatzeko aukera ematen duten soluzio teknologiko berrietan.

Prozesuan dagoen biltegiratze termikoaren ikerketak

Are gehiago, CIC energiGUNEn, prozesu industrialetarako aplikazioei buruz ikertzeaz gain, eskala handiko aplikazioetarako eta kudeaketa termiko hobea lortzeko biltegiratze termikoko soluzioetan lan egiten dugu.

Horretarako, eguzki-kontzentrazioko zentralei dagokienez (eskala handiko aplikazioen atalean sartuta), SENER gure patroiaren aholkua eta lankidetza ditugu (munduko merkatuko liderra).

CIC energiGUNEren mugarrietako bat magnetitazko ohantze porotsuetan oinarritutako biltegiratze-sistema berri bat da, Ben Guerirren (Maroko) frogapen-planta batean ezarri duguna, galdatutako gatz-tanke bikoitzaren teknologiaren alternatiba gisa.

Bestalde, energia ekoizpenean, banaketan eta merkaturatzean lider eztabaidaezina den Iberdrolarekin batera, Power to Heat to Power izeneko aplikazioak aztertzen ari gara. Sareko energia elektrikoaren soberakinetik abiatuta, beroa sortzen duten sistemak, ondoren elektrizitatea berriz sortzeko unean uneko energia-eskariaren arabera.

Bestalde, kudeaketa termikoaren atalean, Thermlab nabarmentzen da; CIC energiGUNEren ekimen berri bat da, kudeaketa termikoko soluzio aurreratuak eskaintzen dituena, anomaliak detektatzen laguntzen duena eta ad-hoc teknologiak garatzen laguntzen duena industrietarako, hala nola potentzia-elektronikarako, ekipo elektrikoen ondasunen fabrikatzaileetarako, energia berriztagarrietarako eta automoziorako, besteak beste.

Eraikuntzarena bezalako sektoreek, aldiz, NRG-Storage proiektuarekin egiten ditugun ikerketen onurak jasotzen dituzte. Proiektu horren helburua da eraikinetan erabiltzen diren egungo material isolatzaileak apar berritzaile batekin ordezkatzea, zeinak, modu eraginkorrean isolatzeaz gain, beroa aktiboki biltegiratzea ahalbidetzen baitu.

Baina ezin dugu ahaztu CIC energiGUNEren elektrokimika eta termiko eremuak batzeko aukera ematen duen proiektua.

Baterien eta kondentsadoreen osasun-egoerari buruzko aholkularitza integralean espezializatutako Bcare, CIC energiGUNEren spin off eta energia termikoa biltegiratzeko ekipoaren arteko baterako lana da, baterien kudeaketa termikoaren optimizazioa ikertzen duena.

Energia termikoa biltegiratzea: karbonoa kentzeko hautagai handi bat

Agerikoa da, gero eta mendekotasun energetiko handiagoa duen gizarte baten testuinguruan, non, gainera, ingurumena babesteko gero eta kezka handiagoa dagoen, beharrezkoa dela eskura dauden baliabide energetikoak ahalik eta ondoen kudeatzea eta teknologia energetiko alternatiboak bilatzen jarraitzea.

Hor nabarmentzen da biltegiratze termikoa, energia kantitate handiak arrazoizko kostuan biltegiratzeko gaitasuna erakutsi baitu, sistemaren efizientzia eta energiaren kudeagarritasuna hobetuz.

Hala ere, oraindik bide luzea dago egiteko. Bide horretan, energia biltegiratzen ari diren ikertzaileak urratsez urrats ari dira lanean, eta Europako herritarren ekonomia erabat deskarbonizatzeko helburua lortu ahal izango dugu.

Egileak