Pie de foto: el primer prototipo de recuperador con un caracterizador térmico. Crédito: AEInnova.

El congreso anual de electrónica industrial del Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de 2012, el IECON, informó del potencial mercado de la recuperación de energía mediante técnicas de energy harvesting – término utilizado de forma habitual en inglés y que en castellano se traduciría como recolección o cosecha de energía–. También alertó sobre las grandes cantidades de energía que se pierden a diario en forma de calor residual procedente de los procesos industriales. Los datos presentados durante el congreso, procedentes de un estudio de la Universidad de Gante (Bélgica), fijan esta cantidad en más de 140 Teravatios-hora, solo en Europa. Esta cifra equivale a la energía que producen 30 centrales nucleares, a lo que habría que añadir las pérdidas en otros sectores como el doméstico o el de la automoción.

Estos datos llamaron la atención de un grupo de investigadores del departamento de microelectrónica de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), que presentaba los resultados de su trabajo en dicho congreso. El equipo empezó entonces a idear soluciones de energy harvesting que pudiesen recuperar parte de este calor residual.

Tres años después, el equipo está desarrollando, a través de su spin-off AEInnova (Alternative Energy Innovations), una tecnología capaz de recuperar hasta el 20% del calor residual al que se somete con una eficiencia del 90%. El dispositivo alcanza esta cifra en condiciones óptimas, fijadas entre los 130 y los 320 grados centígrados, aunque puede adaptarse a otras temperaturas.

La primera prueba de campo de esta tecnología se realizará este año en los centros de la UAB, donde se instalará su prototipo de recuperador termoeléctrico en una de las chimeneas de una sala de calderas. El dispositivo reinvertirá la energía aprovechada para alimentar la monitorización en tiempo real del rendimiento de la propia caldera.  

Esta aplicación resume uno de los posibles usos de la técnica. En lugar de almacenar la energía generada puede emplearse para alimentar de forma directa las nuevas necesidades de la industria derivadas del auge del big data. El cofundador de AEInnova, Raúl Aragonés, explica que serviría para mantener en funcionamiento “dispositivos de seguimiento que midan el rendimiento de los procesos de forma autónoma”. Industrias como la petroquímica, la del refino y la cementera, entre otras, podrían mejorar su eficiencia y, de forma indirecta, reducir sus emisiones.

Hasta ahora, la mayoría de los intentos por aprovechar el calor residual industrial “se han basado en intercambiadores térmicos como los de las máquinas de vapor”, asegura Aragonés. El responsable afirma que estos procesos producen pérdidas, requieren materiales metálicos de elevado precio, son complejos y caros de mantener.

La alternativa Peltier

En busca de alternativas a los métodos tradicionales, este grupo de investigadores se fijó en la tecnología de las celdas Peltier para desarrollar su prototipo.

Estas celdas, que ya alimentan dispositivos como las neveras eléctricas portátiles, son unas estructuras cerámicas de unos cuatro centímetros de tamaño que tienen un peculiar funcionamiento reversible. Al aplicar una corriente eléctrica a la celda Peltier, se genera un gradiente térmico, que enfría una cara y calienta la otra, “lo que se aprovecha para enfriar en el caso de las neveras”, detalla el investigador. Pero las celdas también funcionan en el sentido inverso, es decir, ante un gradiente térmico, absorben el calor y lo convierten en corriente eléctrica.

Esto es lo que proponen hacer desde AEInnova, utilizar esta tecnología Peltier en efecto inverso, es decir, convertir el calor en electricidad, el denominado efecto Seebeck.

El potencial de esta tecnología ha estado estancado por su ineficiencia hasta hace pocos años. Antes tan solo podían aportar uno o dos vatios de potencia para un diferencial térmico de 100 grados. Los avances en los últimos 10 años han logrado llevar a esta cifra hasta los nueve vatios de corriente con el mismo gradiente.

Otro freno para esta tecnología era que la reversibilidad del fenómeno suponía un obstáculo para utilizar las celdas en serie. Al ubicar una junto a otra el efecto se contagia y cada celda absorbe la electricidad generada por la anterior y la convierte en calor.

A esta problemática es a la que ha hecho frente esta compañía catalana. Aragonés explica: “Hemos diseñado un nuevo componente electrónico que permite unir cientos de estas celdas entre sí para aprovechar la suma individual de corrientes sin perder energía”.

La electrónica de control que conecta las celdas ha permitido a los ingenieros sumar la energía generada por cada celda en lugar de que se “autoliquiden entre ellas”, según el investigador. De esta forma, cada celda genera la máxima potencia eléctrica posible. Naturalmente, el componente electrónico consume una pequeña parte de la energía recuperada por las celdas, pero sigue dejando un 90% intacto para ser aprovechado.

Este avance, sumado a la mejora de la eficiencia de las celdas en la última década, hace que el valor de esta tecnología tenga un enorme potencial para mejorar la eficiencia de muchos sectores. Además, la amplia variedad de aplicaciones para su tecnología, ha conseguido que el proyecto de AEInnova haya sido seleccionado en la tercera convocatoria del Fondo de Emprendedores de Fundación Repsol, en la categoría de Ideas.

Además, han sido premiados también en la cuarta edición del premio nacional EcoEmprendedor XXI y en el Sustainable Building Entrepreneurship del Green Building Council. Estos meses de incubación del Fondo de Emprendedores han servido para que sus creadores construyan su primer prototipo  y avancen en la validación de la tecnología. Actualmente están dedicados a optimizar el funcionamiento del prototipo en distintas condiciones y a validar los detalles técnicos a partir de la prueba de campo en la sala de calderas de la UAB.

Con la colaboración de