Nueva Tecnología para Turbinas de Gas
Una innovadora empresa ha presentado un ambicioso plan destinado a mejorar la eficiencia de las turbinas de gas que alimentan centros de datos, utilizando dióxido de carbono en estado líquido. American Supercritical, que hizo su debut recientemente, ha conseguido un financiamiento de 8 millones de dólares para llevar a cabo su proyecto. El objetivo principal es reemplazar las turbinas de gas ineficientes que muchas instalaciones utilizan actualmente por modelos más avanzados que generen una mayor cantidad de energía sin incrementar las emisiones, aunque es importante mencionar que las turbinas seguirán generando contaminación por carbono. Esta tecnología, según se espera, podría aplicarse a diversas fuentes de energía justo cuando la demanda eléctrica está en auge.
“Nuestro enfoque inicial son las turbinas de gas, pero nuestra visión es expandirnos a otros sectores en el futuro”, afirma Simon Shuham, cofundador de la empresa.
Mejorando la Eficiencia Energética
En Estados Unidos, la mayoría de las grandes plantas de energía a gas emplean un proceso denominado ciclo combinado, que consiste en la generación de electricidad mediante la combustión de aire comprimido y gas natural a través de turbinas, seguido de un motor que utiliza los gases de escape para producir vapor y generar más energía. Sin embargo, muchos centros de datos han optado por utilizar turbinas de ciclo simple, omitiendo el componente de vapor, lo que resulta en una reducción considerable de eficiencia.
Las turbinas de ciclo simple convierten aproximadamente el 35% de la energía en electricidad, mientras que el resto se pierde como gases de escape. En contraposición, las plantas de ciclo combinado logran convertir entre el 60% y el 65% de la energía. Esto convierte a las instalaciones que operan con turbinas de ciclo simple en una opción menos favorable para el medio ambiente. Por ejemplo, una central eléctrica de gran envergadura en Texas, construida por Amazon y que utiliza turbinas de ciclo simple, tiene autorización para emitir más de 33 millones de toneladas de gases de efecto invernadero al año, una cifra que supera las emisiones anuales de algunos países pequeños.
El Potencial del Dióxido de Carbono Supercrítico
Los fundadores de American Supercritical creen que estas turbinas menos eficientes son candidatas ideales para implementar la tecnología de CO2 supercrítico. Este estado se alcanza al presurizar el dióxido de carbono a una temperatura específica, lo que permite que actúe como un líquido y, al mismo tiempo, mantenga propiedades gaseosas. Esto resulta en una transferencia de energía más eficiente a través de equipos más compactos.
La propuesta de la empresa es integrar sus unidades de CO2 supercrítico a turbinas de gas existentes para contribuir a la generación energética. Aunque estas turbinas seguirían utilizando gas, el sistema de CO2 supercrítico aprovecharía los gases de escape calientes para producir electricidad adicional. En lugar de calentar agua para generar vapor, el calor se transfiere directamente mediante el CO2 presurizado, generando energía sin aumentar las emisiones.
“Estamos desarrollando versiones a pequeña escala de plantas de ciclo combinado”, compara Shuham.
Reducción del Consumo de Agua y Aumento de Eficiencia
La implementación de CO2 supercrítico no solo puede mejorar la eficiencia de las turbinas en hasta un 50%, sino que también podría reducir significativamente el consumo de agua en el proceso de generación eléctrica, un factor que ha despertado gran interés en la industria de centros de datos. Este sistema opera en un circuito cerrado, eliminando la necesidad de recargar el CO2. Matthew Carlson, cofundador de la empresa, destaca que ha investigado el CO2 supercrítico durante más de una década, comparando su funcionamiento con sistemas de refrigeración que utilizan CO2.
American Supercritical planea ofrecer unidades iniciales de 10 megavatios, que aunque son relativamente pequeñas en comparación con las plantas de gas convencionales, representan un avance significativo. A pesar de que la modernización de las turbinas de gas ineficientes con estas unidades no eliminará por completo las emisiones, sí se espera que reduzca la huella de carbono en un contexto donde el uso de gas natural sigue contribuyendo al calentamiento global.
Investigación y Obstáculos en el Camino
El concepto de utilizar CO2 supercrítico para la generación eléctrica no es nuevo; durante más de 50 años ha sido objeto de estudio en laboratorios nacionales de Estados Unidos. En las últimas dos décadas, se ha avanzado desde la teoría hacia aplicaciones prácticas, gracias a nuevas tecnologías que facilitan la presurización del CO2. Doug Hofer, asesor de American Supercritical y exingeniero de turbinas en GE, menciona que los intercambiadores de calor más compactos y económicos han sido un avance clave.
No obstante, American Supercritical no es la única empresa en este camino. Subith Vasu, profesor de ingeniería en la Universidad de Florida Central, señala que existen desafíos técnicos y de suministro que deben superarse para lograr el éxito comercial. “Al introducir tecnologías nuevas, es crucial tener todos los componentes y la cadena de suministro listos”, advierte.
El Futuro de la Energía y Nuevas Oportunidades
La inversión proyectada de 7 billones de dólares en centros de datos a nivel global para 2030 está abriendo un mercado potencialmente vasto. Este panorama es especialmente atractivo para las empresas que buscan maximizar su acceso a la red eléctrica en un momento de creciente competencia, especialmente en el ámbito de la inteligencia artificial.
“Hay una gran disposición a pagar por energía, pero enfrentan problemas de suministro”, explica Shuham. El objetivo de American Supercritical es ayudar a modernizar los sistemas existentes, dándoles la capacidad de expandir sus operaciones o incluso reemplazar algunas turbinas de gas.
Recientemente, China comenzó las operaciones de la primera planta geotérmica del mundo que utiliza CO2 supercrítico. Carlson, quien ha trabajado en aplicaciones de esta tecnología en diversas áreas, afirma que sus unidades podrían adaptarse también a pequeños reactores modulares, una tendencia respaldada durante la administración Trump. Aunque la empresa ya ha formalizado un acuerdo inicial con un socio, no se han revelado detalles al respecto. La flexibilidad de su tecnología permite su uso con diversas fuentes de calor.
“Nuestro enfoque es simple: necesitamos calentar algo y luego convertirlo en electricidad”, concluye Carlson.