¡Adiós al derroche energético!

Noruega desperdicia enormes cantidades de energía. El calor excedente producido por la industria apenas se explota.

Investigadores de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) han estado examinando las posibilidades de hacer algo al respecto.

“El calor excedente de los procesos industriales es un recurso enorme”, dice Kim Kristiansen.

Él acaba de completar su doctorado sobre una tecnología que puede aprovechar algo del calor excedente que actualmente se desperdicia. Casi todo el calor generado por los procesos industriales se libera actualmente directamente al aire o al océano, y no estamos hablando de cantidades pequeñas. Solo en Noruega, la industria produce alrededor de 20 TWh de calor residual cada año.

Es posible que ese número no te diga mucho, pero según la Dirección Noruega de Recursos Hídricos y Energía (NVE), esta cantidad de energía corresponde a la mitad del consumo de electricidad de todos los hogares noruegos combinados. En otras palabras, aproximadamente toda la demanda de calefacción.

Kristiansen forma parte del grupo de investigación de termodinámica en PoreLab, en el Departamento de Química. La supervisora académica Signe Kjelstrup y el gerente del grupo de investigación Øivind Wilhelmsen son coautores de los artículos en cuestión.

El agua potable como beneficio adicional

La tecnología también tiene otro efecto que puede no ser tan relevante en Noruega, pero que podría ser un cambio de juego en los países con agua potable limitada.

“La tecnología no solo recicla la energía térmica residual, sino que también puede purificar las aguas residuales producidas por la industria”, dice Kristiansen.

En muchas partes del mundo, el agua potable se está convirtiendo en un recurso cada vez más escaso.

“Según UNICEF, cuatro mil millones de personas ya experimentan una grave escasez de agua potable durante al menos un mes al año, y existe una gran demanda de tecnología que pueda satisfacer estos desafíos”, dice Kristiansen.

La falta de agua potable es, por lo tanto, un problema para aproximadamente la mitad de los ocho mil millones de personas del mundo.

Produciendo agua limpia

Entonces, ¿qué es esta nueva tecnología?

“Las aguas residuales producidas por la industria a menudo están contaminadas. Si evaporamos esta agua impura a través de pequeños poros en una membrana repelente al agua, el agua condensada que emerge del otro lado es potable”, dice Kristiansen.

Este método es más adecuado para purificar agua con impurezas llamadas no volátiles, como la sal. Esto contrasta con los alcoholes y una serie de otras sustancias orgánicas que pueden evaporarse junto con el agua a través de la membrana.

“Por lo tanto, el área de aplicación más importante para esta tecnología es la desalinización del agua de mar. El tratamiento del agua de proceso no está descartado, pero implica desafíos adicionales según su contenido”, dice Kristiansen.

Entonces, la tecnología puede producir agua potable, pero ¿qué pasa con la explotación de la energía residual?

Aprovechar las diferencias de temperatura para bombear agua

Cuando el agua se calienta en un lado de la membrana, se evapora y libera calor en el otro lado a través de la condensación. Luego, puede surgir una diferencia de presión entre los dos lados de la membrana.

“La diferencia de temperatura se utiliza para bombear el agua hacia arriba, y la diferencia de presión representa energía mecánica que se puede utilizar para alimentar una turbina”, dice Kristiansen. El fenómeno se llama ósmosis térmica.

Aparentemente simple, pero ingenioso.

“Hemos investigado las interacciones entre el agua y los poros de la membrana, y qué sucede cuando el agua se evapora, se transporta a través de los poros y se condensa”, dice Kristiansen sobre la investigación doctoral.

Ha diseñado teorías sobre las propiedades de la membrana y el efecto que tienen en todo el proceso. También ha medido sistemáticamente este efecto en el laboratorio.

“La conclusión es que la tecnología tiene un gran potencial. A través de la modificación de las membranas, podemos ayudar a abordar los desafíos crecientes asociados con los requisitos de eficiencia energética y la falta de agua potable limpia”, dice Kristiansen.

Una idea holandesa

Kristin Syverud, del instituto de investigación RISE PFI, está interesada en mejorar las membranas utilizadas en esta tecnología.

“El punto de partida para el trabajo fue una idea que TNO en los Países Bajos se lleva el crédito”, dice la supervisora académica de Kristiansen, Signe Kjelstrup.

Ella es Profesora Emérita y ex Jefa de Investigación en PoreLab – Centro de Excelencia. TNO es un instituto independiente que trabaja para traducir los hallazgos de investigación en aplicaciones de la vida real.

TNO experimentó con el concepto llamado ‘MemPower’ (producción simultánea de agua y energía) y el prototipo se fabricó en sus instalaciones. Los investigadores querían colaborar, pero no tenían financiación. La solución fue continuar el proyecto como investigación abierta en NTNU.

“Leen van der Ham de TU Delft se puso en contacto conmigo y presenté la idea al grupo que tenía entonces en el Departamento de Química, y luego en PoreLab”.

Van der Ham se doctoró en Química en NTNU hace unos años, lo que demuestra lo importante que es tener contactos. Trabajaron con Luuk Keulen, un estudiante de TU Delft, y la investigación fue continuada por Kristiansen y Michael Rauter de PoreLab.

Desafíos prácticos

“La industria está mostrando interés en el concepto de destilación por membrana, pero hasta ahora solo hay unas pocas plantas piloto en todo el mundo”, dice Kristiansen.

La razón principal por la que la industria está rezagada con respecto a la academia está relacionada con los desafíos prácticos asociados con la tecnología de membranas, explica. Por ejemplo, esto se aplica a la vida útil de las membranas en condiciones industriales adversas.

“Se está trabajando mucho a nivel internacional, tanto en el ámbito académico como industrial, para afrontar estos desafíos y comercializar la tecnología”, dice Kristiansen.

El concepto MemPower implica convertir el calor residual en energía mecánica en función de las diferencias de temperatura.

“Tengo la impresión de que la industria aún no está totalmente consciente de este concepto y de la oportunidad que ofrece”, dice Kristiansen.

Una de las conclusiones del último artículo es que el potencial para la producción de energía es competitivo en relación con los procesos de energía basados en membranas más establecidos. Cree que esto podría ayudar a aumentar el interés comercial.

Referencia: Kristiansen, Kim y Wilhelmsen, Oivind y Kjelstrup, Signe, Coeficientes termoosmóticos en experimentos de destilación por membrana y teoría para tres tipos de membranas. Desalination, Volumen 586, 2024, 117785, ISSN 0011-9164,