¿Los ladrillos conductores eléctricos pueden reemplazar los combustibles fósiles?

Por Phil McKenna

Joey Kabel (izgato) y Dan Stack, cofundadores de Electrified Thermal Solutions en Medford, Mass., se paran junto al sistema piloto del tamaño de un ascensor de la compañía que contiene ladrillos cargados eléctricamente que generan y almacenan calor. Crédito: Barry Chin/The Boston Globe

Nota del editor: Esta historia fue publicada originalmente por Inside Climate News. Aparece aquí como parte de la colaboración de la Oficina de Climática.

Dentro de un edificio de oficinas de bloques de ceniza quizás más conocido por el templo hindú y el club de tenis de mesa al lado, una empresa de startups en Medford, Massachusetts, está probando lo que puede ser uno de los nuevos desarrollos más calientes en tecnología de energía limpia.

En la parte trasra de un pequeño laboratorio de almacén que bucea con ventiladores y motores, una compañía spin-off del MIT llamada Electrified Thermal Solutions está operando algo que sus fundadores llaman el Joule Hive, una batería térmica del tamaño de un ascensor.

La Colanca es una caja metálica grande y aislada cargada con docenas de ladrillos cerámicos color blanco que convierten la electricidad en calor a temperaturas de hasta 1.800 grados centígrados más allá del punto de fusión de acero y con suficiente masa térmica para contener el calor durante días.

A medida que el precio de la energía renovable continúa desplomándose, uno de los mayores desafíos para la transición de energía limpia es encontrar una manera de convertir la electricidad en calor a alta temperatura para que las sociedades no tengan que seguir quemando carbón o gas natural para alimentar industrias pesadas. Otro problema espinoso es encontrar una manera de almacenar energía en este caso calor, para cuando el sol no brilla y el viento no sopla.

Si usted está diriendo una planta industrial donde usted está haciendo cemento o acero o vidrio o cerámica o químicos o incluso alimentos o productos de alimentos o bebidas, quema muchos combustibles fósiles. Nuestra misión es descarbonizar la industria con calor electrificado.

El sector industrial representa casi una cuarta parte de todas las emisiones directas de gases de efecto invernadero en Estados Unidos, que impulsan el cambio climático, según la EPA. Las baterías térmicas propulsadas por energías renovables podrían reducir aproximadamente la mitad de las emisiones de la industria, según un informe de 2023 del Center for Climate and Energy Solutions, una organización sin fines de lucro, y su afiliada Renewable Thermal Collaborative.

Las emisiones adicionales provienen de reacciones químicas, como dióxido de carbono que se forma como un subproducto no deseado durante la producción de cemento, y de metano que se filtra o se ventila intencionalmente de tuberías de gas natural y otros equipos.

El reto de reemplazar la combustión de combustibles fósiles como fuente de calor, es que no hay muchas buenas opciones disponibles para producir calor a alta temperatura a partir de la electricidad, dijo Stack. Los calentadores eléctricos, como los cables que se vuelven rojos calientes en una tostadora, funcionan bien a bajas temperaturas pero rápidamente se queman a temperaturas más altas. Otros materiales menos comunes como el mobodeno y los calentadores de carburo de silicio pueden soportar temperaturas más altas, pero son prohibitivamente caros.

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Como estudiante de posgrado en el MIT, Stack se preguntó si los ladrillos, los ladrillos comúnmente utilizados en chimenas residenciales y hornos industriales, podrían ser una solución menos costosa y más duradera. Los ladrillos no suelen conducir electricidad, pero al alterar ligeramente la receta de los óxidos metálicos utilizados para fabricarlos, él y el cofundador de ETS Joey Kabel fueron capaces de crear ladrillos que podrían esencialmente tomar el lugar de los cables para conducir electricidad y generar calor.

No hay metales exóticos aquí, no hay nada que se queme, dijo Stack de pie junto a estantes forreados con pequeñas muestras, o .coupons, de ladrillo que él y su equipo han probado para encontrar los que tienen las mejores propiedades de calefacción.

Uno de los mayores campeones de Electrified Thermal Solution es el científico de investigación de ingeniería nuclear del MIT Charles Forsberg, ex asesor de tesis de Stacks y asesor de la compañía.

No tengo ninguna duda de que esto va a ser comercial, dijo Forsberg, quien, junto con Stack y el MIT tienen la patente de la tecnología. Soy 77, es una especie de sensación intuitiva de 50 años en el juego.

Forsberg dijo que su única preocupación era si Electrified Thermal Solutions serían las que llevaran a buen término la tecnología, y señaló que muchas tecnologías de energía limpia han sido inventadas en Estados Unidos sólo para obtener éxito comercial en China.

La reciente financiación del gobierno ha dado a la compañía un impulso significativo.

En enero, ETS recibió una subvención del Departamento de Energía de EE.UU. de 5 millones de dólares para ayudar a construir su primer proyecto de demostración a escala comercial en el Southwest Research Institute en San Antonio, una organización independiente que proporciona servicios de investigación y desarrollo por contrato a clientes gubernamentales e industriales.

El proyecto demostrará cómo la batería térmica podría proporcionar calor a alta temperatura para una serie de procesos industriales, incluida la fabricación de cemento, que actualmente depende principalmente de la quema de carbón para el calor.

Massimo Toso, presidente y director ejecutivo de Buzzi Unicem USA, uno de los mayores productores de cemento de los Estados Unidos y socio industrial de ETS en la subvención del Departamento de Energía, elogió la batería térmica de la compañía.

La Batería Térmal de EETS Joule HiveTM es la primera solución industrial de descarbonización de calor que hemos identificado que potencialmente podría permitirnos costear de manera efectiva y completamente el uso de combustibles fósiles en nuestros procesos de calefacción, dijo Toso en una declaración escrita.

En marzo, Ashland, un fabricante de productos químicos de especialidad con sede en Wilmington, Delaware, recibió hasta $35 millones en una subvención correspondiente del Departamento de Energía para financiar el que sería el primer despliegue comercial de baterías térmicas de ETS.

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Joule Hives se instalaría en la planta de Ashlandás ISP Chemicals en Calvert City, Kentucky, que requiere grandes volúmenes de vapor de alta temperatura para llevar a cabo sus operaciones.

Curt Jawdy, un alto directivo de la Autoridad del Valle de Tennessee, socio en la subvención y la compañía eléctrica local para Calvert City, dijo que la capacidad de ETS para cargar su batería térmica durante las horas pico permite que las instalaciones industriales se descarbonicen sin poner una mayor tensión en la red eléctrica de la empresa.

Jawdy dijo que también le gustaba la tecnología de la compañía.

Simpler siempre es mejor, dijo. El hecho de que el ladrillo es también el elemento de calefacción, y usted sólo suministra electricidad al ladrillo en sí, simplifica el sistema significativamente.

El proyecto reemplazaría las calderas de gas natural de la planta de Calvert City por baterías térmicas de ETS. El aire soplado a través de las baterías de Joule Hive transferiría calor a temperatura de llama a las calderas para generar vapor.

El proyecto reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a la generación de vapor en la planta en casi un 70 por ciento, según el Departamento de Energía.

En 2022, Ashland liberó 72.000 toneladas de dióxido de carbono de la quema de gas natural en la planta, según datos que la compañía informó a la Agencia de Protección Ambiental.

Esas emisiones son iguales a las emisiones anuales de gases de efecto invernadero de 17.000 automóviles, una fuente significativa de contaminación climática en una ciudad de 2.500 personas, según la EPA.

La subvención del Departamento de Energía dividiría el costo del proyecto con Ashland hasta un total de $70 millones. Ashland supervisaría la instalación de las baterías térmicas en sus instalaciones, un proceso que implicaría una cierta cantidad de riesgo para una primera instalación de este tipo.

Carolmarie Brown, una portavoz de Ashland, dijo que la compañía aún está evaluando el proyecto.

Hay muchos factores que impulsan las decisiones que tomaremos a medida que procedamos, dijo Brown. La descarbonización a gran escala incluye evaluaciones exhaustivas de las opciones, proyectos e innovaciones para avanzar, y estamos en la fase inicial del proceso.

Mientras Ashland continúa evaluando el proyecto, Stack y sus colegas continúan ampliando sus capacidades.

Desde la empresa a partir de 2020, ETS ha subcontratado la producción de sus ladrillos eléctricos a un fabricante de ladrillos industriales que sigue la receta de propiedad de ETS. Después de varios años haciendo pedidos para pequeños lotes de pruebas de ladrillos, ETS recibió recientemente su primer pedido de varias toneladas.

Ahora, si quieres dos toneladas, [o, si] quieres 2.000 toneladas, el fabricante está listo para hacer eso por nosotros, dijo Stack. Nos vamos a las carreras.