Fraunhofer ISE ha validado bombas de calor industriales capaces de generar vapor de proceso a 160 °C, una tecnología que sustituye la quema de gas y carbón en la industria y en las redes de calor de distrito.
El vapor de proceso a 160 °C que compite con el gas
El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ha evaluado equipos de alta temperatura para suministrar vapor de proceso y agua caliente presurizada, además del rendimiento de cinco bombas de calor de gran escala en redes de distrito alemanas. Los resultados confirman que alcanzan sus condiciones objetivo en operación real si el diseño es el adecuado.
El eje del trabajo es el proyecto de investigación FernWP, centrado en suministrar calor industrial y de distrito con bombas de calor como alternativa a la generación con carbón. Fraunhofer ISE ha desarrollado un banco de ensayos para caracterizar sistemas que operan hasta 160 °C, combinando conceptos termodinámicos, validación de componentes y diseño adaptado a la industria.
Los ensayos se han centrado en bombas de calor que utilizan butano como refrigerante. Dada su inflamabilidad, la investigación aborda también los requisitos de seguridad y las condiciones de instalación, con datos que ayudarán a optimizar componentes para temperaturas altas y regímenes variables.
Ursula Wittstadt, responsable técnica del proyecto FernWP en Fraunhofer ISE, subraya que la temperatura máxima alcanzable no es el único criterio relevante. El equipo debe suministrar vapor de proceso o agua caliente presurizada de forma eficiente y fiable incluso cuando cambian las fuentes de calor, las cargas y los modos de operación.
La temperatura máxima no basta: una bomba de calor industrial solo sustituye al gas si el conjunto de la instalación está bien dimensionado.
La letra pequeña: escalar componentes no basta
Fraunhofer ISE advierte de que escalar sin más componentes diseñados para refrigeración o climatización de edificios no es suficiente. El rendimiento de una bomba de calor depende de la interacción entre la fuente de calor, el refrigerante, los intercambiadores, y el sistema hidráulico. Aquí está la letra pequeña: la eficiencia no la fija solo la temperatura de salida, sino el conjunto del diseño.
📊 Impacto ecológico en cifras
- Temperatura de proceso: Hasta 160 °C de vapor y agua caliente presurizada en el banco de ensayos de alta temperatura.
- Equipos: Cinco bombas de calor de gran escala en redes de distrito alemanas, monitorizadas desde 2023.
- Umbral crítico: La potencia térmica cae por debajo de unos 6 °C en la fuente de calor.
- Horizonte: FernWP sigue activo hasta septiembre de 2027 con financiación pública alemana.
En paralelo, el proyecto Reallabor GroßWP recopila desde 2023 datos operativos de cinco bombas de calor de gran escala en redes de distrito alemanas. El análisis busca optimizar el dimensionamiento, la integración hidráulica y las estrategias de operación dentro de sistemas de generación ya existentes.
Los datos de monitorización confirman que las instalaciones alcanzan sus puntos de operación objetivo, aunque la eficiencia y la disponibilidad dependen de la fuente de calor, la configuración hidráulica, el resto de equipos de generación y las condiciones de la red. Coordinar las bombas de calor con otras unidades exige un conocimiento detallado del parque de generación y de la red de distribución.
En los equipos que usan ríos como fuente de calor, la potencia térmica caía cuando las unidades operaban a carga parcial y la temperatura de la fuente bajaba por debajo de unos 6 °C. La investigación también detectó un cambio de estrategia: frente a una operación estacional inicial, las instalaciones se gestionan cada vez más según perfiles de demanda diaria y las condiciones del mercado, lo que exige más ciclos de arranque y parada.
El calor industrial, el último gran reducto fósil
El calor de proceso es uno de los usos energéticos más difíciles de descarbonizar: muchas industrias necesitan temperaturas que las bombas de calor convencionales no alcanzan y el gas ha sido la opción más barata. La validación de equipos capaces de llegar a 160 °C amplía el rango de procesos donde la electrificación del calor puede competir con la caldera de combustión. Más contexto técnico en la entrada sobre la bomba de calor.
Conviene distinguir la validación técnica del negocio. Fraunhofer ISE ha demostrado que los equipos alcanzan sus condiciones objetivo, pero el propio instituto señala que la eficiencia y la disponibilidad dependen de la fuente de calor y del resto del sistema. La caída de potencia por debajo de 6 °C en fuentes fluviales recuerda que la tecnología no rinde igual en cualquier emplazamiento. El trabajo futuro irá a modelos que representen mejor la integración en sistemas combinados de generación.
El proyecto FernWP seguirá activo hasta septiembre de 2027, financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania, con la participación de Fraunhofer ISE, Fraunhofer IEG y Fraunhofer ISI junto a empresas del sector. Reallabor GroßWP recibe financiación del mismo ministerio y de la Unión Europea.
El efecto dominó importa. Cuando una red de distrito sustituye una caldera de carbón por una bomba de calor de gran escala, arrastra a fabricantes de intercambiadores, integradores hidráulicos, operadores de red y clientes industriales que compran vapor. Cada validación de alta temperatura reduce el riesgo técnico que frena la inversión en electrificación del calor.
La letra pequeña es clara: los resultados confirman condiciones objetivo, pero no prometen milagros. El umbral de los 6 °C, la carga parcial y la coordinación con otras unidades marcan los límites reales. La transición del calor industrial será rentable cuando la integración hidráulica acompañe al salto de temperatura, no antes.
🌍 El Impacto Real para el Futuro
- Beneficio medible: Bombas de calor capaces de generar vapor de proceso a 160 °C abren la puerta a electrificar procesos industriales que hoy dependen de gas y carbón.
- Modelo que cambia: La caldera fósil en redes de distrito e industria pierde su condición de opción única ante equipos de alta temperatura validados en operación real.
- Para las próximas generaciones: Cada proceso que se electrifica recorta emisiones durante décadas y reduce la exposición al precio del combustible fósil.
