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La descarbonización de procesos industriales a alta temperatura es clave para alcanzar los objetivos de neutralidad en carbono. Las tecnologías de almacenamiento térmico (Thermal Energy Storage,TES) permiten electrificar estos procesos industriales integrando fuentes renovables, así como recuperar calor residual. Están disponibles en soluciones comerciales modulares competitivas frente a otras opciones en desarrollo o con mayor coste económico.

El sector industrial es responsable de entre una cuarta y una tercera parte de las emisiones globales de CO₂. Algunos sectores —siderurgia y metalurgia, refino, química y petroquímica, cemento y cal, entre otros—, presentan emisiones difíciles de abatir (hard-to-abate), ya sea por los requisitos de alta temperatura de sus procesos, o por la emisión intrínseca de CO₂ de los mismos.

Emisiones de CO₂ por sector

Los sistemas TES con esquemas power-to-heat permiten electrificar procesos industriales térmicos, sustituyendo calderas de gas natural o fueloil. Estos sistemas se cargan mediante electricidad ‒preferiblemente renovable‒ y suministran calor a alta temperatura cuando la demanda lo requiere.

En particular, los TES basados en calor sensible almacenan energía térmica mediante el incremento de temperatura de un material sin que se produzca un cambio de fase, lo que les confiere simplicidad operativa y robustez tecnológica. Los materiales empleados incluyen, entre otros, roca triturada, hormigón, acero y sales fundidas, cada uno con propiedades térmicas y mecánicas específicas que determinan su rango óptimo de aplicación.

A diferencia de otras tecnologías de almacenamiento térmico —como las basadas en calor latente o reacciones termoquímicas— o de vectores energéticos emergentes —como el hidrógeno—, los TES basados en calor sensible ya están disponibles comercialmente en soluciones modulares crecientemente competitivas. Además, algunos fabricantes ofrecen estos sistemas bajo modelos Heat-as-a-Service (HaaS), que eliminan la inversión inicial del cliente (CAPEX) y reducen su exposición financiera, acelerando la adopción de soluciones de electrificación térmica en la industria.

Aunque las calderas eléctricas presentan un CAPEX inferior, no permiten por sí solas aprovechar excedentes renovables ni desacoplar generación y demanda. En cambio, los TES son especialmente útiles para maximizar el uso de renovables y poder aplicar estrategias de energy shifting, beneficiándose de la variabilidad horaria de precios en el mercado eléctrico.

No obstante, en aplicaciones a gran escala, el diseño de soluciones ad-hoc puede resultar más adecuado que los sistemas modulares.

De cara a la adopción de este tipo de sistemas, el papel de una ingeniería integradora con experiencia en sistemas de almacenamiento térmico a gran escala, puede resultar especialmente valioso para los clientes industriales a la hora de identificar la tecnología más adecuada, definir su dimensionamiento e integrarla en entornos productivos normalmente en operación.

Sistemas TES modulares

A continuación, se presentan cinco tipologías de sistemas TES power-to-heat modulares en fase de despliegue con capacidad para suministrar calor industrial a alta temperatura en forma de vapor saturado o sobrecalentado, para su integración en procesos productivos.

Sistemas TES modulares

• TES sólido en lecho rocoso: Un lecho compacto de roca triturada almacena calor hasta 650 ºC. La carga se realiza con resistencias eléctricas, y la descarga mediante agua que circula por una tubería central, generando vapor sobrecalentado a la salida. Un tanque externo adapta el caudal y temperatura del vapor a las condiciones de proceso. Este sistema ha demostrado viabilidad técnica y económica en distintas aplicaciones industriales, especialmente en sustitución de calderas de combustibles fósiles, reduciendo significativamente emisiones y costes operativos.
• TES sólido en hormigón: Utiliza bloques de hormigón de alta conductividad térmica como medio de almacenamiento, atravesados por tuberías metálicas por las que circula el fluido caloportador (aceite sintético). La temperatura de almacenamiento está limitada a 400 ºC por la estabilidad térmica del aceite. Durante la carga, el aceite calentado externamente transfiere calor al hormigón. Durante la descarga, el flujo se invierte y el aceite cede calor a un generador de vapor. Esta solución se ha empleado para descarbonizar procesos industriales aprovechando excedentes eléctricos renovables.
• TES sólido en acero: El almacenamiento se realiza en bloques de acero estructural, que ofrecen alta densidad energética y buena conductividad térmica, alcanzando más de 600 ºC para suministrar calor de proceso de alta calidad. La carga y descarga se realizan mediante aire en circuito cerrado, que se calienta con resistencias eléctricas y posteriormente transfiere el calor al agua en una caldera pirotubular. Esta tecnología se orienta especialmente a industrias con alta variabilidad en la demanda térmica y disponibilidad de excedentes eléctricos renovables.
• TES en sales fundidas: Las sales fundidas actúan simultáneamente como material de almacenamiento y como fluido de transferencia de calor. La carga se realiza mediante resistencias eléctricas, y la descarga en un intercambiador de carcasa y tubos para generar vapor. Típicamente se emplean mezclas de sales ternarias, con un rango operativo estable entre 180 ºC y 400 ºC, sin cristalización ni degradación química. También es posible diseñar sistemas que operen hasta los 565 ºC utilizando sales binarias termosolares. Aunque se trata de una tecnología madura y ampliamente probada, sigue presentando retos asociados al mantenimiento térmico continuo y al control del ciclado operativo.
• TES en lecho de arena fluidizada: Este sistema se sitúa a medio camino entre el almacenamiento térmico en sólido y en líquido, ya que utiliza partículas de arena como medio de almacenamiento, las cuales son movilizadas y calentadas mediante aire en circuito cerrado. Este enfoque permite alcanzar temperaturas cercanas a 1.000 ºC gracias a la elevada estabilidad térmica del material y a la eficiencia de la transferencia de calor en régimen fluidizado. La descarga se realiza mediante intercambiadores sumergidos y atemperadores externos, que permiten ajustar la temperatura del vapor generado. Se trata de una tecnología especialmente adecuada para aplicaciones industriales de muy alta temperatura.

Análisis técnico

Las diferencias en materiales y diseño de los sistemas de almacenamiento térmico (TES) analizados determinan sus temperaturas de operación, densidad energética, eficiencia y coste global.

Los sistemas que emplean sólidos o fluidos de alta conductividad térmica ofrecen mayor densidad energética en comparación con otros materiales pero suelen verse penalizados por un mayor coste de implantación o de operación: el acero tiene un precio elevado en el mercado, las sales fundidas requieren un aporte energético continuo para evitar su cristalización, y el lecho fluidizado de arena implica mayor complejidad técnica y la necesidad de un aislamiento térmico intensivo para minimizar las pérdidas.

En cuanto a las temperaturas de operación, los sistemas basados en sales fundidas o aceites térmicos están limitados por la degradación química de estos fluidos. Además, debe considerarse su degradación por ciclado térmico, generalmente despreciable en materiales sólidos. En estos últimos, la temperatura máxima está condicionada por la eficacia de la transferencia de calor, que mejora significativamente al reducir el tamaño del sólido e incrementar la superficie de intercambio, como ocurre en el sistema de lecho fluidizado de arena.

Todos los sistemas analizados alcanzan eficiencias —cociente entre la energía térmica útil entregada y la energía eléctrica o térmica empleada para cargar el sistema— superiores al 90%, si bien el sistema de lecho fluidizado de arena presenta pérdidas mayores por fluidización.

Finalmente, aunque el carácter modular de estos sistemas permite ajustar la capacidad térmica a cada proceso, los fabricantes suelen definir rangos óptimos de competitividad económica, en función del tamaño, la escala y el régimen de operación.

Conclusión

El almacenamiento térmico basado en calor sensible constituye una solución madura y tecnológicamente probada para descarbonizar procesos industriales que demandan calor a alta temperatura, especialmente en sectores donde la electrificación directa no es viable. Su capacidad para integrar energías renovables, aprovechar calor residual y proporcionar flexibilidad operativa lo posiciona como una alternativa competitiva frente a calderas eléctricas y otras tecnologías emergentes.

La elección de la solución óptima debe basarse en un análisis técnico-económico riguroso, que contemple las características del proceso y condiciones de contorno de la instalación sobre la que se desea implementar, los perfiles de demanda energética y generación renovable asociados, el espacio disponible, los precios de la energía y los costes asociados a las emisiones de CO₂ en distintos escenarios de proyección futura, así como el CAPEX y el OPEX del sistema.

A medida que se desarrollen nuevos proyectos y se acumule experiencia operativa, es esperable una reducción progresiva de costes y una mejora continua en la eficiencia de los sistemas TES. Su despliegue a gran escala dependerá del respaldo institucional, de la evolución del mercado energético y de la capacidad de adaptación del tejido industrial a soluciones innovadoras.