Redacción

Mes a mes, año a año, el mundo continúa experimentando récords de altas temperaturas. En respuesta a esto y exacerbado por una población mundial en aumento, se espera que la demanda de aire acondicionado siga aumentando. Un nuevo estudio dirigido por el IIASA exploró los pros y los contras del aire acondicionado de agua de mar como una solución alternativa de refrigeración.

El aire acondicionado convencional (AC) es la tecnología más común utilizada para la refrigeración y representa una parte considerable de la demanda de energía en las regiones más cálidas. Una alternativa que no se considera con frecuencia es el aire acondicionado de agua de mar(SWAC), una alternativa renovable para la refrigeración que implica el bombeo de agua de mar desde profundidades oceánicas de unos 700 a 1200 metros y temperaturas de 3°C a 5°C hacia la costa, donde intercambia calor con un sistema de refrigeración urbana y devuelve el agua más caliente al océano.

Según un estudio publicado en la revista Energy Efficiency, sólo 1 m³ de agua de mar en una planta de SWAC puede proporcionar la misma energía de refrigeración que la generada por 21 aerogeneradores o una planta de energía solar del tamaño de 68 campos de fútbol. Los investigadores desarrollaron un modelo computacional y una metodología para estimar el costo de la refrigeración con SWAC en todo el mundo, y también evaluaron la posibilidad de utilizar este sistema como una alternativa para el almacenamiento de energía de fuentes de energía renovables variables como la eólica y la solar.

Los resultados muestran que, mientras que los sistemas de aire acondicionado convencionales requieren un bajo costo de inversión inicial pero los costos de energía para operarlos son altos, en el caso de los sistemas de aire acondicionado de agua de mar ocurre lo contrario: si bien tiene un costo de inversión inicial más alto, los costos de energía para operar el sistema son bajos.

(Foto: Pixabay)

El principal potencial del sistema SWAC está en las pequeñas islas de las regiones tropicales, donde la distancia de la costa al océano profundo es pequeña, los costos de la energía son elevados y unas temperaturas medias cálidas son habituales durante todo el año. Por ejemplo, en Puerto Plata, donde los costos de electricidad son de 0,16 dólares/KWhe, el costo de la refrigeración convencional de CA es de alrededor de 0,08 dólares/KWht. La solución SWAC costaría 0,042$/KWht, lo que es un 48% menos que las tecnologías convencionales. En Nauru, asumiendo el mismo costo de electricidad, la solución de aire acondicionado de agua de mar costaría $0.0185/KWht, lo que es un 77% menos comparado con las tecnologías convencionales.

Aunque la refrigeración urbana suele ser menos viable que los sistemas de calefacción urbana, el bajo costo de la refrigeración con procesos de aire acondicionado de agua de mar hace que la refrigeración urbana en distancias cortas sea una alternativa viable. Entre los posibles clientes con altas demandas de refrigeración para conectarse a los sistemas de refrigeración urbana SWAC se incluyen aeropuertos, centros de datos, hoteles y centros turísticos, instalaciones gubernamentales y militares, universidades y edificios comerciales.

Los resultados indican además que el exceso de generación de electricidad a partir de fuentes de energía renovables variables, como la energía eólica y la solar, puede compensarse con las variaciones del flujo de agua de mar en la tubería de las plantas SWAC. Esta agua fría se almacenaría entonces en tanques de almacenamiento de energía térmica para satisfacer la demanda de refrigeración en cualquier momento. Durante los meses o estaciones en que la demanda de refrigeración es baja, el agua de mar fría puede utilizarse para aumentar la eficiencia de un enfriador para congelar el agua de mar o el agua dulce en los tanques de almacenamiento. Durante los meses en que la demanda de refrigeración es alta, tanto el sistema SWAC como la energía almacenada en forma de hielo en los tanques pueden satisfacer la demanda de refrigeración.

Además de lo anterior, el documento también sugiere una modificación del diseño normal que puede aumentar la eficiencia de los proyectos de aire acondicionado de agua de mar con tuberías largas, al tiempo que permite la expansión para satisfacer la creciente demanda de refrigeración. La propuesta supone aumentar la profundidad de excavación de la estación de bombeo de agua de mar, lo que permite aumentar la velocidad y el caudal de la tubería de entrada de agua de mar.

“Llamamos a este enfoque “Aire acondicionado de agua de mar de alta velocidad“. Esta configuración de diseño permite que tales proyectos se construyan con una carga de enfriamiento inicial y que esta se amplíe de forma modular con menores costes adicionales”, explica el autor principal del estudio, Julian Hunt, que realizó esta investigación durante su postdoctorado en el IIASA.

Otras ventajas del aire acondicionado de agua de mar son su fiabilidad como fuente renovable no intermitente de refrigeración, la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de los procesos de refrigeración y la reducción del consumo de agua en los sistemas de refrigeración. Además, podría servir como una alternativa barata para el enfriamiento a gran escala en los países tropicales, donde podría reducir los costos de almacenamiento de alimentos y granos, contribuyendo así a disminuir la vulnerabilidad de los países en desarrollo ante el cambio climático. Dado el reciente interés en la producción de hidrógeno y las economías basadas en el hidrógeno, el SWAC podría incluso combinarse con plantas de licuefacción de hidrógeno donde podría ayudar a reducir el consumo de energía en dicho proceso de licuefacción hasta un 10%.

Los investigadores, sin embargo, advierten que a pesar de su potencial y sus muchas ventajas, esta tecnología también presenta desafíos. Por ejemplo, el retorno del agua de mar debe manejarse con extremo cuidado para minimizar su impacto en la fauna costera; la modernización de la infraestructura de refrigeración urbana y los edificios podría acarrear altos costos de capital; y existe el riesgo de choque térmico y aumento de la carga de nutrientes en la salida de agua de las profundidades marinas.

“Aunque tiene sus desafíos, el aire acondicionado de agua de mar es una tecnología innovadora y sostenible que tiene un gran potencial para expandirse en un sistema de referencia para la refrigeración en lugares tropicales cercanos a las profundidades del mar y ayudará a satisfacer nuestras necesidades de refrigeración en un mundo que se calienta”, concluye Hunt.