Científicos logran generar energía eléctrica con CO2 supercrítico, más eficiente que el vapor, mediante ciclo de Brayton

Tanto las centrales de energía térmicas, de gas, termosolares y nucleares comparten el mismo principio, convierten calor en electricidad. Para ello se emplea agua y vapor, siguiendo el ciclo de Rankine. ¿Y por qué no usar CO₂ supercrítico? La potencial recompensa es para tenerla en cuenta, hasta un 50% más de rendimiento (teóricamente). Pero para eso hace falta usar otro ciclo, el de Brayton.

Investigadores de los Laboratorios Nacionales de Sandia (Nuevo Méjico, EEUU) han logrado demostrar el concepto de forma práctica, generando hasta 10 kW de electricidad durante tres ciclos y casi una hora, pero con el logro adicional de haberlo volcado a la red, no a un banco de resistencias -que es lo habitual-. Este experimento apoyado por el Departamento de Energía (DoE) de EEUU abre las puertas a una generación de electricidad mucho más eficiente.

En el ciclo tradicional de Rankine, cuando el vapor se condensa en agua se «pierde» energía, así que la figura del recuperador de energía del Ciclo Brayton soluciona el problema. El dióxido de carbono (CO₂) en estado supercrítico, muy caliente, se comporta como gas y como líquido a la vez. De hecho, se consiguen temperaturas superiores a las del vapor, 700 ºC o 1.290 ºF.

Cuanta menos calor se pierda en el proceso, más se aprovecha el calor de la fuente. En el esquema, el «Heater» es un intercambiador de calor, que lo recibe de fuera. En el experimento se hizo con un calentador eléctrico, pero puede emplearse otro origen, como la quema de combustibles o energía solar concentrada. El CO₂ se dirige a una turbina, que produce la electricidad, y esa energía también se aprovecha para recomprimir el CO₂ que ha perdido presión y temperatura. Sí, es en cierto modo un turbocompresor.

Para hacer posible el vertido a la red se usó un sistema comercial de control electrónico de ascensores

Los ingenieros Logan Rapp y Darryn Fleming llevan investigando en esta materia más de tres años. Los 10 kW entregados a la red eléctrica de la base militar de Kirtland ha sido un buen comienzo. En una etapa posterior quieren escalar el experimento con mayor temperatura hasta generar 1 megavatio (1.000 kW) de electricidad. Aumentarán la eficiencia con un sistema de dos alternadores-turbina para la demostración que esperan llevar a cabo en 2024.

Pensemos en las implicaciones que tiene este descubrimiento. Aunque la energía térmica vaya a perder protagonismo en las sucesivas décadas, sistemas como este pueden aumentar la generación de electricidad sin que se consuma más combustible. Pero hasta ese momento hay que solucionar ciertos problemas, como la estanqueidad del circuito -que es totalmente cerrado- o la seguridad del sistema.

Enlace | Sandia National Laboratories