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La turbina que puede duplicar la producción eléctrica y "cambiar las reglas del juego"
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Usa CO2 en estado supercrítico

La turbina que puede duplicar la producción eléctrica y "cambiar las reglas del juego"

Científicos norteamericanos del Sandia National Laboratory han descubierto una manera mucho más efectiva de generar electricidad en centrales térmicas de cualquier tipo

Foto: Un detalle de la turbina de dióxido de carbono supercrítico de Sandia National Laboratories. (SNL)
Un detalle de la turbina de dióxido de carbono supercrítico de Sandia National Laboratories. (SNL)

Científicos norteamericanos han desarrollado un sistema para generar electricidad que, según ellos, “cambia las reglas del juego” de la industria: un dispositivo que puede duplicar la producción eléctrica de una central térmica, ya sea de combustible fósil, termosolar o nuclear. Ahora, no sólo han demostrado que funciona sino que, por primera vez, lo han conectado para inyectar energía a la red.

Foto: Ilustración de un concepto de nave de vela solar impulsada por la luz de una supernova.

Creado por los ingenieros mecánicos Logan Rapp y Darryn Fleming del Laboratorio Nacional de Sandía, en Albuquerque, Nuevo México, el nuevo sistema utiliza dióxido de carbono supercrítico en vez de agua para mover una turbina similar a la de un avión. Rodney Keith, gerente del grupo de conceptos avanzados del laboratorio estadounidense, se han esforzado durante largos años para llegar a este punto y “demostrar que pueden conectar nuestro sistema a través de un dispositivo comercial”. Según Keith, éste es “el primer puente hacia una generación de electricidad más eficiente".

Cómo funciona

El sistema está basado en un ciclo de Brayton, un circuito cerrado que utiliza un líquido muy caliente y presurizado para hacer girar una turbina. En la versión del Sandia National Laboratory, el líquido es dióxido de carbono en estado supercrítico, un compuesto sometido a tal presión que se comporta como un líquido y un gas.

Al ser cerrado, el CO2 supercrítico nunca sale a la atmósfera, sino que se mantiene en un perenne bucle en el que se enfría y se calienta. Éste también es el mismo principio que alimenta las turbinas de vapor tradicionales pero, al contrario que éstas, el nuevo invento tiene una eficiencia de conversión del calor a la electricidad de más allá del 50 por ciento. En comparación, las turbinas de agua sólo pueden llegar a un máximo de un tercio.

placeholder Darryl Fleming con el sistema de Brayton con CO2 supercrítico. (Sandia National Laboratory)
Darryl Fleming con el sistema de Brayton con CO2 supercrítico. (Sandia National Laboratory)

En su primer test conectado a la red eléctrica, los ingenieros calentaron el CO2 supercrítico a 315C usando un intercambiador de calor. El CO2 es inyectado en la turbina, moviendo un eje que a su vez mueve el generador eléctrico. Al salir de la turbina, se enfría en un recuperador térmico. De ahí pasa a un compresor que vuelve a elevar su presión antes de entrar en el recuperador para volver a calentarse con el exceso de energía térmica recogida en el paso anterior. Una vez calentado, vuelve a entrar en el calentador principal para comenzar el ciclo de nuevo. Todo esto está controlado por circuitos electrónicos que moderan el flujo para que todo funcione de forma ininterrumpida, uno de los avances del proyecto que está basado en la tecnología de recuperación energética que se utiliza en algunos ascensores.

placeholder Diagrama del sistema. (Sandia National Laboratory)
Diagrama del sistema. (Sandia National Laboratory)

En esta prueba sólo produjeron 10 kilovatios pero, según el Dr. Fleming, todo salió como esperaban: "Comenzamos con éxito nuestra turbina-alternador-compresor en un simple ciclo supercrítico de CO2 Brayton tres veces y tuvimos tres paradas controladas, e inyectamos energía en la red Sandia-Kirtland de forma constante durante 50 minutos”.

Gran esperanza para la humanidad

Parece un logro pequeño, dicen sus inventores, pero es un gran paso para demostrar su viabilidad. El grupo responsable del desarrollo ya se ha aliado con varias compañías de la industria eléctrica norteamericana para estudiar cómo integrar el nuevo sistema dentro de centrales térmicas de gas, carbón, nucleares o concentradores termosolares. Básicamente, cualquier central que use calor para producir energía eléctrica usando turbinas de vapor.

placeholder Cualquier central que use calor para mover turbinas podrá beneficiarse de este nuevo invento, dicen sus creadores. En la imagen, una planta solar en Chile. (EFE)
Cualquier central que use calor para mover turbinas podrá beneficiarse de este nuevo invento, dicen sus creadores. En la imagen, una planta solar en Chile. (EFE)

Todavía quedan varios pasos para que este sistema pueda reemplazar a las turbinas de vapor tradicionales. Según sus creadores, el primer objetivo es llegar a fabricar un sistema capaz de generar de uno a cinco megavatios. Para ello, el primer paso será incrementar la temperatura del sistema progresivamente hasta superar los 530C. En 2024, afirman, tendrán su primera turbina de CO2 supercrítico de un megavatio. Fleming dice que en 2023 es cuando tendrán todo lo necesario para que sus socios industriales se pongan a trabajar: "Para aplicaciones comerciales reales sabemos que necesitamos maquinaria turbo más grande, electrónica, rodamientos más grandes y sellos que funcionen para el CO2 supercrítico”.

Fleming y su equipo parecen 100% seguros de que así será. Esperemos que todo vaya como planean porque actualizar todas las centrales térmicas del mundo para incrementar su potencia eléctrica aunque sólo fuera en un 20% sería un paso de gigante para la humanidad y el planeta. Pero duplicar la producción eléctrica sería un avance radical. Como dice Fleming, cambiaría las reglas del juego.

Científicos norteamericanos han desarrollado un sistema para generar electricidad que, según ellos, “cambia las reglas del juego” de la industria: un dispositivo que puede duplicar la producción eléctrica de una central térmica, ya sea de combustible fósil, termosolar o nuclear. Ahora, no sólo han demostrado que funciona sino que, por primera vez, lo han conectado para inyectar energía a la red.

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