En el marco de los intercambios con el Instituto Tecnológico de Dinamarca (DTI) para el desarrollo de bombas de calor en la industria en Uruguay, se realizaron distintas actividades durante la semana del 17 al 21 de junio de 2024, en la cual contamos con la presencia del PhD Joaquín Aguilera Prado.

Estas actividades se enmarcan en la contribución del REIF al Desarrollo de conocimiento y transferencia tecnológica, que permitan a las empresas nacionales intercambiar experiencia internacional y evaluar la adopción.

La semana se desarrolló con dos tipos de actividades principalmente: presentaciones a grupos de interés, como técnicos y asesores, industria, academia y Gobierno, y por otro lado visitas específicas a planta, en industrias identificadas con potencial de incorporación de la tecnología.

Los intercambios fueron prometedores, con interés de las partes detectado en conocer más sobre una tecnología que comienza a estar disponible a nivel comercial, y su posible aplicación para sustitución de generación de fuente fósil en la industria.

Algunas de las conclusiones que podemos extraer de estos intercambios son las siguientes:

– Las bombas de calor de alta temperatura tienen un gran potencial, tanto a nivel económico como para la descarbonización de la industria.

– Los desarrollos de la tecnología están enfocados en calentamiento de procesos con temperaturas de vapor de agua de hasta 250 ºC

– Se espera una rápida adopción de la tecnología para 2025 hacia 2030, con sistemas validados y en proceso de demostración, dependiendo de las necesidades de la demanda.

– Existe una variedad de tecnologías y fabricantes necesarios para ofrecer soluciones competitivas.

Existen sin embargo, algunos desafíos en el camino de la implementación, y en particular para el caso de Uruguay, que permitan la concreción de los primeros casos, y generen un despliegue en el mercado.

– Necesidad de un análisis holístico, con la integración de procesos y las estrategias de descarbonización, como factor clave para un rendimiento óptimo

– Se requiere investigación y desarrollo multidisciplinarios e intersectoriales para explotar el potencial de la tecnología

– Es necesario transitar un camino de desarrollo de proveedores de la tecnología, y conocer las opciones existentes, para el análisis de proyectos que presenten potencial y para validar la conveniencia.

– Conocer la reglamentación y marco normativo para levantar barreras de adopción, y eventualmente analizar medidas de promoción, asociadas a la reducción de emisiones y eficiencia energética.

Esperamos desde el REIF continuar contribuyendo a la difusión de tecnologías innovadoras como las bombas de calor de alta temperatura, y apoyando la concreción de los proyectos con un financiamiento flexible y adaptado a las necesidades específicas.

El mercado global de las baterías está en un punto de inflexión debido a la creciente demanda de almacenamiento para energías renovables y la electrificación del transporte. Actualmente, las baterías de litio dominan el sector, pero una tecnología alternativa está ganando terreno: las baterías de sodio, que utilizan este elemento (Na), como sustituto del litio en el cátodo y el electrolito. 

Aunque el principio de funcionamiento es similar, la diferencia entre las baterías de litio y las de sodio, radica en la abundancia del este último elemento, que es 1.000 veces más abundante que el litio en la corteza terrestre, lo que hace que su extracción y producción sea mucho más económica. Mientras que el coste del carbonato de litio ha alcanzado hasta USD 20.000 por tonelada en ciertos mercados, el sodio es considerablemente más barato, estimándose en unos USD 150 por tonelada.i 

Actualmente, el sodio se extrae principalmente de minerales como la halita, copioso en países como China, India y Estados Unidos, mientras que el litio proviene en gran parte de salares en Argentina, Bolivia y, Chile, como también en Australia.ii 

En un mercado de almacenamiento energético en crecimiento, impulsado por la transición hacia energías renovables y la búsqueda de eficiencia energética, es fundamental evaluar y diversificar alternativas. En este contexto, la comparación entre tecnologías de litio y sodio permite identificar sus respectivas ventajas y desafíos, respondiendo a la necesidad de soluciones viables y sostenibles para el almacenamiento de energía. 

Litio vs. Sodio: Comparativa Tecnológica 

Uno de los principales factores de comparación es la densidad energética. Las baterías de litio oscilan 100-265 Wh/kg, lo que las convierte en la opción ideal para aplicaciones donde el peso y el espacio son críticos, como los vehículos eléctricos. En contraste, las baterías de sodio tienen una densidad energética que varía entre 80 y 150 Wh/kg. Esto significa que, para almacenar la misma cantidad de energía, una batería de sodio tendría que ser aproximadamente el doble de grande y pesada.iii 

En términos de ciclos de vida, las baterías de litio pueden superar los 5.000 a 8.000 ciclos de carga/descarga, mientras que las baterías de sodio, en su versión actual, rondan los 3.000 ciclosiv. Sin embargo, algunos avances recientes han prometido aumentar este número, con investigaciones que sugieren que se pueden alcanzar hasta 5.000 ciclos con nuevas formulaciones. En cuanto a la eficiencia de carga/descarga, las baterías de litio pueden alcanzar eficiencias del 90%, mientras que las de sodio tienden a rondar el 80-85%, lo que podría hacerlas menos eficientes en ciertas aplicaciones.v 

Impacto ambiental 

La extracción de litio ha sido objeto de críticas por su impacto ambiental, especialmente en los salares sudamericanos, donde el proceso de extracción requiere grandes cantidades de agua. En cambio, la extracción de sodio es menos intensiva en recursos y menos perjudicial para los ecosistemas locales. 

Otro aspecto crucial en la discusión sobre las baterías es su reciclaje y sostenibilidad. Las baterías de litio contienen materiales como cobalto y níquel, que son difíciles de reciclar y requieren procesos costosos y contaminantes. Solo alrededor del  50% del material de una batería de litio se puede reciclar de manera efectiva en la actualidad. Sin embargo, las baterías de sodio no contienen estos materiales peligrosos, lo que facilita su reciclaje y disposición final. Se estima que más del 90% del material en las baterías de sodio puede reciclarse sin el uso de procesos altamente contaminantes.vi  

Además, el sodio es más seguro en términos de manejo, ya que las baterías de sodio tienen menos riesgo de sobrecalentamiento y explosión en comparación con las de litio, lo que las convierte en una opción más viable para instalaciones de almacenamiento a gran escala en áreas urbanas. 

Perspectivas de mercado y producción  

En cuanto al uso actual de las baterías de sodio, estas se están implementando principalmente en aplicaciones estacionarias como el almacenamiento de energía para redes eléctricas. Aquí, el bajo costo y la relativa simplicidad de las baterías de sodio las hacen una opción ideal. Por ejemplo, en plantas de energía solar o eólica, donde el tamaño de las baterías no es un problema, las baterías de sodio están comenzando a competir con las de litio. vii 

Al mismo tiempo, algunas empresas del sector automotriz también están comenzando a explorar su potencial para vehículos eléctricos de nicho. Un ejemplo de esto es la empresa china JAC, que ha anunciado su intención de utilizar baterías de sodio en vehículos eléctricos pequeños dirigidos a mercados locales y urbanos. Aunque esta tecnología aún está en una etapa exploratoria, se espera que la segunda generación de baterías de sodio, prevista para 2024, ofrezca mejoras en la densidad energética y los ciclos de vida, lo que podría ampliar su uso en vehículos eléctricos pequeños. viii 

El mercado global de baterías de sodio fue valorado en USD 321,75 millones en 2023 y se proyecta que experimente un crecimiento robusto con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 16,3% entre 2024 y 2030. Este valor representa solo una pequeña fracción del mercado de baterías de litio, que se estima en más de USD 50.000 millones y que crecerá a una CAGR del 20,3% en el mismo período. ix 

Proyección del sodio como alternativa energética 

En el corto plazo, es improbable que el sodio reemplace al litio en aplicaciones de alta demanda, como los vehículos eléctricos, donde la densidad energética y la durabilidad siguen siendo factores decisivos. No obstante, las baterías de sodio presentan un valor complementario significativo, especialmente en el almacenamiento de energía a gran escala, donde el bajo costo y una mayor seguridad pueden superar las limitaciones de densidad y tamaño.  

A medida que la necesidad de almacenamiento para energías renovables crece, el sodio parece bien posicionado para ganar terreno en aplicaciones estacionarias y de bajo costo, un nicho que se alinea con sus características actuales. Si se logran los desarrollos tecnológicos adecuados, el sodio podría llegar a ser algo más que un actor secundario y transformarse en una opción competitiva que redefina las bases del almacenamiento energético.  

A partir de la primera crisis del petróleo en el año 1973, surgió el concepto de uso eficiente de la energía, el cual ha permeado a nivel global, donde los países y compañías entienden su importancia y desarrollan políticas específicas. Esto conlleva estrategias y uso de tecnologías que permiten reducir el consumo de energía, los recursos naturales utilizados para generarla, y los costos.

La bomba de calor es una tecnología utilizada en climatización, y los equipos que las utilizan pueden calentar (y/o enfriar) agua sanitaria o aire. En las últimas décadas, el desarrollo de bombas de calor ha tenido un crecimiento sostenido, principalmente por ser una tecnología altamente eficiente, con consumos de energía del orden del 30% de otros equipos convencionales (calefones eléctricos, estufas, calderas, etc.), entregando la misma energía térmica.

Estos ahorros de energía se traducen normalmente en menores costos durante la vida útil, lo que hace a la tecnología de bombas de calor muy atractiva para sectores residenciales y comerciales (aire acondicionado por ejemplo), así como en la industria, donde ya es posible utilizarlas en aplicaciones de calentamiento de agua de alta temperatura y vapor.

Por otra parte, la mejora en eficiencia energética está asociada a menores emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) por un menor consumo, efecto que se hace más significativo cuando se sustituyen equipos que utilizan combustibles fósiles (gas natural, fuel-oil, etc.).

Inteligencia artificial al servicio de la eficiencia energética

Los algoritmos avanzados y la Inteligencia Artificial (IA) están ganando un lugar en todos los sectores, y el sector de energía y la eficiencia energética no escapan a ello. La IA puede -por ejemplo- analizar los patrones de consumo y las tarifas energéticas en tiempo real, para reducir costos y los consumos innecesarios de energía.

En el caso de climatización en grandes ambientes, el diseño tradicional establece un valor de los parámetros (setpoint) de las bombas de calor ajustados para las condiciones extremas, que ocurren sólo algunos días al año. En el resto de los días el sistema no está operando de forma óptima. Los algoritmos avanzados permiten incorporar pronósticos del clima y otros parámetros en forma dinámica, ajustando el setpoint para una optimización del sistema, con una mejora de la eficiencia energética y confort durante todo el año.

MCT – Aeropuerto de Carrasco: empresas locales creando valor

El Aeropuerto Internacional de Carrasco fue pionero en Uruguay al integrar bombas de calor al sistema de calefacción en el año 2016. MCT fue la empresa seleccionada para el desarrollo e implementación de la solución, con el objetivo de avanzar en materia de sostenibilidad y eficiencia energética. Uno de los socios de MCT, Martín Garmendía, nos comenta que “En ese momento, era una tecnología prácticamente desconocida en el país; tuvimos que contactar y desarrollar proveedores, así como el propio conocimiento interno de MCT para ponerla en funcionamiento”.

El Aeropuerto cuenta con grandes espacios internos, que deben mantenerse climatizados con condiciones estrictas para el confort de los usuarios, representando un desafío en materia de estándares, pero también de eficiencia y costos. 

La decisión visionaria permitió mejorar significativamente la eficiencia energética, a la vez que eliminó el uso de combustibles fósiles, marcando un hito en la sostenibilidad. Desde la implementación del proyecto de bombas de calor en 2014 a 2023, el consumo en el aeropuerto se redujo un 20% con el mismo nivel de confort, alcanzando ahorros anuales de 1.230 MWh, equivalentes al consumo anual de 3.500 hogares.

Al día de hoy la tecnología de bombas de calor se ha vuelto popular, no obstante ello se han detectado importantes oportunidades para la ir un paso más allá en la eficiencia energética en la climatización, ayudado con soluciones de IA. MCT desarrolló para el Aeropuerto Internacional de Carrasco una solución innovadora, que en función de las características del edificio, datos en tiempo real del clima en 30 sectores interiores, y las predicciones climáticas, ajusta continuamente el setpoint de los equipos de generación de agua caliente y controla la velocidad de los ventiladores.

El algoritmo avanzado de control ha ido evolucionando en las nuevas versiones, y los resultados han permitido reducir un 57% el consumo de energía en 2023 respecto a 2021.

Perspectivas a futuro del uso de IA en climatización

Actualmente MCT está trabajando en otros proyectos de bombas de calor en grandes espacios, y en la introducción de soluciones avanzadas de optimización de la climatización. Los sistemas HVAC (heating, ventilation and air conditioning, por sus siglas en inglés) – sistema de climatización y ventilación, tienen el potencial de incorporar este tipo de soluciones avanzadas a los sistemas existentes, y aprender para llevar la operación a altos niveles de eficiencia energética y una reducción de costos.

Nos comenta Martín Garmendía: “Hemos detectado un interés creciente de parte de nuestros clientes en incorporar soluciones de climatización avanzadas, y el financiamiento con condiciones preferenciales puede jugar un rol catalizador para la incorporación de la tecnología. Vemos la opción de co-financiamiento del REIF junto con la banca como una excelente herramienta para concretar los proyectos”.

El REIF promueve la adopción de tecnologías de la segunda transición energética en Uruguay, a través de financiamiento de tipo blended-finance junto con bancos de plaza, ofreciendo tasas preferenciales y períodos de gracia adaptables a las necesidades de las empresas o ESCOs que quieran financiarse.