Reducción del consumo energético con materiales de cambio de fase – Interempresas.net

Informe sobre Emulsiones de Materiales de Cambio de Fase (PCM) para la Gestión Térmica Sostenible

Este informe detalla el desarrollo de nuevas emulsiones basadas en materiales de cambio de fase (PCM), una innovación tecnológica con un impacto significativo en la eficiencia energética y la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

Contexto Tecnológico y Avances del Proyecto “Optimus”

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas Solares ISE, en colaboración con socios industriales bajo el proyecto “Optimus”, han desarrollado emulsiones fluidas compuestas por parafinas dispersas en agua o mezclas de agua y glicol. Estas emulsiones actúan como portadores de calor de alta eficiencia.

• Composición: La mezcla consiste en microgotas de parafina estabilizadas mediante tensoactivos, lo que garantiza su estabilidad térmica y mecánica.
• Principio de Funcionamiento: La tecnología aprovecha la alta densidad de energía latente de las parafinas durante su transición de fase (sólido a líquido). Durante este cambio, los PCM absorben o liberan grandes cantidades de calor a temperatura constante.
• Capacidad: Las emulsiones resultantes alcanzan una densidad de almacenamiento térmico hasta dos veces superior a la del agua, permitiendo el diseño de sistemas más compactos y eficientes.

Alineación Estratégica con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

El desarrollo y la aplicación de emulsiones de PCM contribuyen directamente al avance de varios Objetivos de Desarrollo Sostenible, posicionando esta tecnología como una herramienta clave para un futuro más sostenible.

• ODS 7 (Energía Asequible y no Contaminante): Al mejorar drásticamente la eficiencia de los sistemas de calefacción y refrigeración, las emulsiones reducen el consumo general de energía. Su capacidad para utilizar calor residual (por ejemplo, de centros de datos) promueve un sistema energético más limpio y eficiente.
• ODS 9 (Industria, Innovación e Infraestructura): La innovación representa una mejora sustancial para la infraestructura industrial y de edificación. Su aplicación en la refrigeración de maquinaria industrial y climatización de edificios fomenta procesos productivos más sostenibles y resilientes.
• ODS 11 (Ciudades y Comunidades Sostenibles): La implementación de esta tecnología en sistemas de climatización de edificios contribuye a la creación de infraestructuras urbanas más eficientes energéticamente, reduciendo la huella de carbono de las ciudades.
• ODS 13 (Acción por el Clima): La reducción directa del consumo energético en sectores clave como la industria y la edificación se traduce en una menor emisión de gases de efecto invernadero, apoyando las medidas globales de acción climática.

Propiedades y Aplicaciones Potenciales

Las emulsiones de PCM han sido diseñadas para operar en rangos de temperatura específicos, lo que amplía su campo de aplicación.

Rangos de Temperatura y Aplicaciones

1. 12-18 °C y 20-28 °C: Ideales para la climatización de edificios y sistemas de aire acondicionado, donde se requieren diferenciales de temperatura mínimos y altos caudales.
2. 45-50 °C: Adecuadas para aplicaciones en bombas de calor y recuperación de calor industrial.
3. Otras aplicaciones: Se contempla su uso en la refrigeración de baterías para vehículos eléctricos y en maquinaria industrial diversa.

Validación y Escalado Industrial

Las formulaciones han superado pruebas de durabilidad, soportando más de 100,000 ciclos en un circuito de pruebas hidráulico. El proyecto ha avanzado desde una escala de laboratorio (5 litros) a una planta piloto (100 litros). El siguiente paso es el escalado a nivel de metros cúbicos en colaboración con socios industriales para su implementación en proyectos de demostración.

• Demostración 1: Almacenamiento de calor residual de salas de servidores para su posterior uso en la calefacción del edificio.
• Demostración 2: Refrigeración de máquinas de moldeo por inyección, liberando el calor almacenado durante la noche para optimizar el consumo energético.

El trabajo actual se centra en la optimización de las fórmulas para incrementar aún más la estabilidad y la densidad de almacenamiento, consolidando el papel de las emulsiones de PCM como una solución fundamental para la gestión térmica del futuro.

1. ¿Qué Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) se abordan o están conectados con los temas destacados en el artículo?

• ODS 7: Energía asequible y no contaminante

  El artículo se centra en el desarrollo de “nuevas emulsiones fabricadas a partir de materiales de cambio de fase como portadores de calor” con el objetivo principal de una “gestión térmica eficiente” y “ahorrar energía”. La tecnología de emulsiones de PCM (materiales de cambio de fase) busca mejorar la eficiencia energética en sistemas de calefacción y refrigeración, lo cual está directamente alineado con la meta de promover la eficiencia energética del ODS 7.

• ODS 9: Industria, innovación e infraestructura

  El texto describe un proyecto de innovación (“proyecto Optimus”) que es el resultado de una colaboración entre un instituto de investigación (“Instituto Fraunhofer de Sistemas Solares ISE”) y “socios industriales”. El objetivo es desarrollar y aplicar una nueva tecnología para modernizar procesos industriales (“refrigeración de maquinaria industrial”) e infraestructuras (“climatización de edificios”), haciéndolos más eficientes y sostenibles.

• ODS 11: Ciudades y comunidades sostenibles

  Una de las aplicaciones clave de las emulsiones de PCM es la “climatización de edificios”. Al mejorar la eficiencia energética de los sistemas de calefacción y aire acondicionado, esta tecnología contribuye a reducir el consumo de energía en las ciudades, disminuyendo así su impacto ambiental y promoviendo edificaciones más sostenibles.

• ODS 13: Acción por el clima

  La mejora de la eficiencia energética es una estrategia fundamental para la mitigación del cambio climático. Al reducir la cantidad de energía necesaria para la calefacción y la refrigeración, se disminuyen las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a la generación de esa energía. El hecho de que el proyecto esté financiado por el “Ministerio Federal Alemán de Medio Ambiente, Acción Climática…” refuerza esta conexión directa.

2. ¿Qué metas específicas de los ODS se pueden identificar en función del contenido del artículo?

• Meta 7.3: Duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética

  El artículo destaca que las nuevas emulsiones de PCM “alcanzan una densidad de almacenamiento dos veces superior a la del agua”. Esta mejora sustancial en la capacidad de almacenamiento y transferencia de calor contribuye directamente a aumentar la eficiencia energética de los sistemas térmicos, alineándose con el objetivo de duplicar la tasa de mejora de la eficiencia.

• Meta 9.4: Modernizar la infraestructura y reconvertir las industrias para que sean sostenibles

  La tecnología descrita se aplica a la “refrigeración de maquinaria industrial” y la “climatización de edificios”. Al implementar estas emulsiones, las industrias y los edificios pueden reconvertir sus sistemas para ser más eficientes en el uso de los recursos (energía), adoptando una tecnología más limpia y ambientalmente racional, tal como lo propone esta meta.

• Meta 9.5: Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales

  El “proyecto Optimus” es un ejemplo claro de esta meta en acción. Es una iniciativa de investigación y desarrollo (“Desarrollo, optimización y aplicación de emulsiones PCM”) que involucra a un instituto de investigación y socios industriales para crear y aplicar una capacidad tecnológica avanzada, con el fin de producirla a gran escala (“escala de metros cúbicos”).

3. ¿Hay algún indicador de los ODS mencionado o implícito en el artículo que pueda usarse para medir el progreso hacia los objetivos identificados?

• Indicador 7.3.1: Intensidad energética medida en términos de energía primaria y PIB

  Este indicador está implícito. Aunque el artículo no habla de la intensidad energética a nivel nacional o del PIB, describe una tecnología que la reduce a nivel de aplicación. Al afirmar que las emulsiones tienen “el doble de densidad de almacenamiento que el agua”, se implica que se necesita menos energía para lograr el mismo resultado de calefacción o refrigeración, lo que reduce la intensidad energética del proceso.

• Indicador 9.4.1: Emisiones de CO2 por unidad de valor añadido

  Este indicador está implícito. Una mayor eficiencia energética en procesos industriales, como la “refrigeración de máquinas de moldeo por inyección”, significa un menor consumo de energía por unidad producida. Si esta energía proviene de fuentes fósiles, la reducción del consumo se traduce directamente en una disminución de las emisiones de CO2 por unidad de valor añadido, contribuyendo a la descarbonización de la industria.

• Indicador 9.5.1: Gastos en investigación y desarrollo como proporción del PIB

  El artículo menciona explícitamente un “Proyecto financiado por el Ministerio Federal Alemán de Medio Ambiente, Acción Climática…”. La existencia de este proyecto y su financiación pública y privada (“socios del proyecto”) es una manifestación directa de la inversión en investigación y desarrollo (I+D), que es lo que este indicador mide.

4. ODS, metas e indicadores

Fuente: interempresas.net