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Energía solar a bajo costo:
Una oportunidad para la innovación industrial
Por Rodrigo Vásquez T., Asesor Programa Energías Renovables y Eficiencia Energética GIZ.
Los altos índices de radiación solar presentes en nuestro país pueden abrirle la puerta a variados usos de la energía fotovoltaica en la industria nacional, los que pueden ir desde el tratamiento de agua hasta la producción de hidrógeno para diversas aplicaciones.
Rodrigo Vásquez T.

En los últimos años Chile se ha convertido en un referente en la generación de electricidad a partir de energías renovables, especialmente en el ámbito solar. Desde que en 2012 se inauguraran las primeras plantas solares fotovoltaicas (Huayca Solar 1 y Calama Solar, cada una con potencias cercanas a 1 MW), el crecimiento de las instalaciones ha sido exponencial, llegando a 1,6 GW en plantas FV en operación y a más 1,3 GW en construcción en 2017.

Las grandes plantas solares fotovoltaicas (FV) en Chile inyectan electricidad a la red en promedio nueve horas al día. El alto factor de planta y la disminución mundial de los precios de los paneles FV ha permitido que los costos nivelados (LCOE) de la energía solar en Chile bajen considerablemente, por lo que se está discutiendo cómo utilizar esta energía para desarrollar aplicaciones industriales. La energía eléctrica a partir de una planta solar puede ser utilizada en el área del manejo y tratamiento del agua, así como en la producción de gases, como el hidrógeno.

El uso de la energía solar para tratamiento de agua es muy antiguo en Chile; ya en 1874, Charles Wilson implementó un destilador solar en la provincia de Antofagasta, que suministraba casi 23 m3 de agua potable por día a la minería del salitre. Actualmente la tecnología de desalación más común y eficiente es la osmosis inversa, pero esta consume una gran cantidad de energía eléctrica, de 3 a 4 kWh por m3 producido, específicamente para los compresores que elevan la presión para el proceso de osmosis a través de las membranas. En este caso, la energía solar FV puede alimentar al proceso de desalación por osmosis inversa, contribuyendo a la sustentabilidad del proceso.

Por otro lado, igualmente el tratamiento de agua residual e industrial se ha beneficiado con el uso de la energía solar. Estados Unidos ha sido un precursor en esta materia, con plantas de tratamiento de agua en varios estados, como por ejemplo, la de Camden County Wastewater, en New Jersey, donde una instalación FV de 8 MW provee 7,5 millones kWh a la planta. Otros casos son las plantas de tratamiento Otay Mesa, en San Diego y en Richmond, en el estado de California.


Aplicaciones en el transporte

Otra aplicación importante del uso de energía solar es la producción de hidrógeno (“hidrógeno solar”), que tiene varios usos como complemento al transporte pesado, desplazando diésel en los camiones mineros (off road trucks), los que tienen un consumo de 3.000 litros de combustible diarios. También en el transporte público, con motores a combustión adaptados que, además de la ventaja de desplazar combustibles fósiles, disminuyen las emisiones de CO y CO2 de la combustión de esta mezcla con hidrógeno.

Sin embargo, el gran desarrollo ha ido por la utilización de hidrógeno para generar electricidad mediante celdas de combustible, para impulsar motores eléctricos, específicamente en transporte de pasajeros y vehículos livianos. Esto ya sucede en Japón, donde se están produciendo en línea autos con celdas de combustible, como el Toyota Mirai y Honda Clarity, y donde se espera contar con 40.000 vehículos con celdas de combustible al 2020 y 100 buses de este tipo circulando por sus calles. Alemania, por su parte, estima tener 100 estaciones de carga de hidrógeno al 2019 (sumadas a las ya 50 existentes), desarrollando además autos de alta gama como el Mercedes Benz GLC F-CELL y el Audi H-Tron Quattro.

Un caso notable para el transporte masivo de personas es el uso de hidrógeno para el tren Coradia iLint, desarrollado por la filial alemana de Alstom, que recorrerá los Estados federados de Baja Sajonia, Renania del Norte-Westfalia, Baden-Wurtenberg, alcanzando una velocidad máxima de 140 km/h, una autonomía de 800 km y cero emisiones de gases efecto invernadero.

Asimismo, se puede mencionar otros usos de hidrógeno, como por ejemplo, en forma directa como un porcentaje en redes de gas existentes, o indirectamente a través de la generación de metano a partir de hidrógeno con CO2, o en la producción de amoníaco, producto utilizado ampliamente en la agricultura como ingrediente principal para fertilizantes o para refrigeración industrial.

En definitiva, la capacidad del hidrógeno para ser almacenado constituye una alternativa viable al uso de baterías para grandes niveles de potencia. Es decir, el hidrógeno producido con un electrolizador alimentado con electricidad a partir de energía renovable, puede ser transportado y almacenado para distintos usos, así como un elemento de la red eléctrica, que pueda proporcionar energía para compensar la variabilidad de las renovables, cuando sea necesario. Tal es el interés actual del hidrógeno que en enero de 2017 en Davos, Suiza, trece empresas líderes en el ámbito de la energía, el transporte y la industria, presentaron una iniciativa global para promover conjuntamente la transición energética hacia el hidrógeno. Entre ellas se encuentran empresas tales como Alstom, Anglo American, BMW, ENGIE, Honda, Kawasaki, Shell, Linde y Toyota, entre otras, las cuales confirmaron su voluntad de invertir hasta 1.400 millones de euros anuales en desarrollo y comercialización del hidrógeno y de las pilas de combustible.

Como se observa, la tendencia a desarrollar aplicaciones basadas en energías limpias y actualmente más baratas, constituyen el gran motor para la innovación, donde Chile tiene la oportunidad única de convertirse en un país desarrollador y pionero en el uso de nuevas tecnologías aprovechando su tremendo potencial solar, lo que a su vez podría convertirlo en un país con una matriz energética altamente limpia e independiente.

La GIZ, a través de su Programa de Energías, prepara un documento colaborativo sobre el potencial del hidrógeno solar en Chile, en cooperación con instituciones académicas y profesionales de organismos públicos, con el objetivo de establecer una línea base para el uso de hidrógeno, y así alimentar la discusión sobre los potenciales reales de estas tecnologías en la realidad nacional.

Junio 2017
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