Calor solar en procesos industriales

La descarbonización de la matriz energética industrial requiere que se integren fuentes de energía limpia, tales como eólica o solar térmica y, que a su vez, puedan ser implementadas a un costo competitivo y un alto nivel de disponibilidad.

El 74% de la energía consumida a nivel industrial corresponde a calor, lo que aumenta la necesidad de desarrollar tecnologías que permitan producir energía térmica con un nivel de eficiencia lo más alto posible.

En Fraunhofer, contamos con capacidades computacionales de alto nivel y un equipo de ingenieros investigadores experto en el análisis de sistemas energéticos integrados a procesos industriales, análisis de datos, sensorización, análisis de sombreamiento, entre otras capacidades críticas en este tipo de proyectos.

¿Qué es el Calor Industrial o SHIP?

La generación de calor solar industrial, también conocida como Solar Heat for Industrial Processes (SHIP), es un método innovador para aprovechar la energía solar térmica en aplicaciones industriales. Este enfoque implica el uso de colectores solares para capturar la radiación solar y convertirla en calor utilizable para procesos industriales, como la producción de vapor, agua caliente, secado, y otros procesos que requieren temperatura.

Los sistemas SHIP se componen típicamente de colectores solares, sistemas de almacenamiento térmico y sistemas de distribución de calor. Los colectores solares capturan la energía solar y la transfieren a un fluido térmico, como agua o aceite térmico. Este fluido caliente se almacena en tanques térmicos para su uso posterior, lo que permite una operación continua incluso cuando no hay sol directo. Luego, este calor almacenado se utiliza para alimentar los procesos industriales, reduciendo así la dependencia de combustibles fósiles y disminuyendo las emisiones de carbono asociadas.

Los beneficios de la implementación de sistemas SHIP son múltiples. Además de reducir la huella de carbono de las industrias, también pueden disminuir los costos operativos a largo plazo al aprovechar una fuente de energía gratuita y renovable. Además, al diversificar la matriz energética de una industria, se aumenta la resiliencia ante fluctuaciones en los precios de los combustibles fósiles.

Sin embargo, la implementación de sistemas SHIP también conlleva desafíos. La inversión inicial puede ser alta y la viabilidad depende en gran medida de factores como la disponibilidad de radiación solar, el espacio disponible para la instalación de colectores solares y la demanda de calor de la industria en cuestión. Además, se requiere un diseño y una ingeniería precisos para integrar eficientemente los sistemas SHIP en los procesos industriales existentes.

En resumen, la generación de calor industrial mediante sistemas SHIP representa una oportunidad emocionante para las industrias de reducir su huella ambiental al aprovechar la abundante energía solar. Con el desarrollo continuo de la tecnología y el apoyo adecuado, los sistemas SHIP tienen el potencial de desempeñar un papel significativo en la transición hacia un futuro más sostenible y con bajas emisiones de carbono.

Áreas de desarrollo

SHIP baja y media temperatura

A nivel mundial, se estima que el 67% de la energía consumida por el sector industrial corresponde a calor. De este, el 51% sería consumido en el rango de baja (T < 150°C) y media (150°C < T < 400°C) temperatura.

Dichos rangos de temperatura son alcanzables a través de tecnologías de captación solar plana y de concentración, lo que pemite entregar calor a una gran variedad de procesos productivos en variadas industrias, tales como alimentaria, silvoagropecuaria, química, minera, papelera, entre otras.

Potencial en Chile

A partir de los escenarios generados en el marco de la PELP (Planificación Energética de Largo Plazo), al menos un 35.8% del consumo de energía primaria en Chile correspondería a calor, con una alta participación de combustibles fósiles.

Esto, implica que Chile posee un potencial energético importante de descarbonización de su matriz energética, encadenado a su vez con los altos niveles de irradiación solar.

SHIP alta temperatura

Las industrias pesadas que consumen mucha energía, como la fabricación de hierro, acero, cemento, vidrio o productos químicos, requieren procesos a altas temperaturas (> 400°C).

Además del calor consumido en el rango de baja y media temperatura, se necesita un 49% del total de la energía para calor industrial en los procesos de alta temperatura.

Hoy en día, estos sectores están dominados por la quema de combustibles fósiles, ya que no existen muchas alternativas disponibles. Junto con la sustitución de combustibles por otros ecológicos, como el hidrógeno verde, la integración del calor solar es una opción prometedora.

Los sistemas de concentración solar actuales pueden alcanzar estas temperaturas, pero es necesario probar los medios de transferencia de calor y los sistemas de almacenamiento para el proceso específico. El mayor reto de la integración de energía solar es satisfacer la demanda continua de energía 24/7 con rentabilidad económica sin modificar los parámetros del proceso ni la calidad del producto.

Potencial en Chile

El sector industrial en nuestro país aparece como el principal consumidor de energía, con un 40% del consumo energético total.

Más de la mitad se destina a la generación de calor para procesos y un tercio es requerido para procesos a altas temperaturas.

En el norte de Chile se encuentra la mayoría de minas de cobre, sales y minería (no-) metálica, además de una cementera.

Chile es el mayor productor mundial de cobre y el país más rico en energía solar.

Con un DNI medio de 2920-3650 kWh/m2/año, la integración de la energía solar puede contribuir a la descarbonización de las industrias y a la consecución de los objetivos de sostenibilidad para 2030/2050.