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La tecnología de climatización es la gran oportunidad perdida en la lucha contra el cambio climático
Serguéi Akulich / Pexels
Mientras las olas de calor récord asolaban a los californianos el mes pasado, la tensión colectiva de millones de acondicionadores de aire obligó a los operadores de la red del estado a sumergir a cientos de miles de hogares en la oscuridad.
Los apagones continuos ofrecieron solo una pequeña pista de lo que probablemente sucederá en California y mucho más allá. El crecimiento de la población, el aumento de los ingresos, el aumento de la urbanización y el aumento de las temperaturas del verano podrían triplicar la cantidad de unidades de aire acondicionado instaladas en todo el mundo para mediados de siglo, elevando el total a 6 mil millones, según el Agencia Internacional de Energía Informe sobre el futuro de la refrigeración.
De hecho, el aire acondicionado representa uno de los desafíos más insidiosos del cambio climático y uno de los problemas tecnológicos más difíciles de solucionar. Cuanto más se caliente el mundo, más necesitaremos refrigeración, no solo por comodidad, sino por salud y supervivencia en grandes partes del mundo.
Pero los acondicionadores de aire en sí mismos producen suficiente calor para aumentar considerablemente las temperaturas urbanas, y también filtran gases de efecto invernadero muy potentes. Además, esos miles de millones de unidades nuevas que consumen mucha energía crearán una de las mayores fuentes de aumento de la demanda de electricidad en todo el mundo.
Sin mejoras importantes, la demanda de energía de refrigeración también se triplicará, alcanzando los 6200 teravatios-hora para 2050, o casi una cuarta parte del consumo total de electricidad del mundo en la actualidad.
El Valle de la Muerte de California puede haber establecido las temperaturas más altas jamás registradas de manera confiable, en medio de las abrasadoras olas de calor del mes pasado.
AP FOTO / JOHN LOCHER
A pesar de la magnitud de los crecientes desafíos, ha habido relativamente poca financiación en el sector y pocos avances notables en los productos en el mercado. Aparte de las lentas ganancias en eficiencia, la tecnología básica opera tanto como lo hizo cuando se introdujo hace casi un siglo.
El hecho de que el uso de aire acondicionado de ventana continúe aumentando mientras que el producto se ve y funciona en gran medida igual que durante décadas habla por sí mismo, dice Vince Romanin, director ejecutivo de Treau, con sede en San Francisco, una empresa emergente de refrigeración sigilosa que desarrolla un tipo novedoso de calefacción. bomba. Creo que mucha gente está emocionada por algo nuevo aquí, pero solo ha habido un progreso gradual.
Ha habido mejoras mucho mayores en costos y rendimiento en otras tecnologías energéticas en las últimas décadas, como paneles solares, baterías y vehículos eléctricos, impulsadas por políticas públicas, esfuerzos de investigación dedicados y una demanda creciente de alternativas más limpias. Treau es una de varias empresas emergentes y grupos de investigación que ahora intentan varias formas de lograr avances similares para la refrigeración.
Pero incluso si el stock mundial de unidades de aire acondicionado se vuelve mucho más eficiente, los saltos proyectados en el uso son tan grandes que la demanda mundial de electricidad aún se disparará. Eso complicará la ya asombrosa tarea de limpiar los sectores energéticos del mundo. Significa que las naciones no solo necesitan revisar la infraestructura eléctrica existente; tienen que construir sistemas mucho más grandes que los que jamás hayan existido, y hacerlo todo con fuentes libres de carbono.
Miles de millones de aires acondicionados nuevos
Enfriar perpetuamente los grandes volúmenes de aire caliente que llenan los hogares, las oficinas y las fábricas es, y siempre será, un enorme devorador de energía.
El problema no es simplemente que más acondicionadores de aire requerirán cada vez más electricidad para alimentarlos. También es que aumentarán particularmente la cantidad que se necesita durante las horas pico, cuando las temperaturas son realmente tórridas y todos encienden su aire acondicionado al mismo tiempo. Eso significa que necesitamos construir en exceso los sistemas eléctricos para satisfacer los niveles de demanda que pueden ocurrir solo durante unas pocas horas o unos pocos días al año.
En el condado de Los Ángeles, el aumento de las temperaturas combinado con el crecimiento de la población podría aumentar la demanda de electricidad durante las horas pico de verano hasta en un 51 % para 2060 en un escenario de altas emisiones, según un Estudio de Energía Aplicada 2019 por investigadores del estado de Arizona y la Universidad de California, Los Ángeles.
Eso suma alrededor de 6,5 gigavatios adicionales que los operadores de la red necesitarían para poder poner en línea a la vez, o la producción instantánea de casi 20 millones de paneles solares de 300 vatios en un día soleado.
Y eso es solo para uno de los 58 condados de California. El mundo verá aumentos mucho mayores en la demanda de aire acondicionado en países donde la clase media se está expandiendo rápidamente y donde las olas de calor se volverán más comunes y severas. En particular, la AIE proyecta que India instalará otras 1100 millones de unidades para 2050, lo que aumentará la participación de CA en la demanda máxima de electricidad del país del 10 % al 45 %.
limpieza de la rejilla
La solución más crucial debe ocurrir fuera de la industria de aire acondicionado. La transición de la red eléctrica en su conjunto a un mayor uso de fuentes de energía limpia, como la solar y la eólica, reducirá constantemente las emisiones indirectas de gases de efecto invernadero de la energía utilizada para alimentar las unidades de aire acondicionado.
Además, el desarrollo de redes cada vez más inteligentes podría ayudar a los sistemas eléctricos a lidiar con las tensiones máximas de demanda de CA. Eso implica agregar sensores, sistemas de control y software que pueden reducir automáticamente el uso a medida que disminuyen las temperaturas exteriores, cuando las personas abandonan los espacios por períodos prolongados o cuando la demanda comienza a chocar con la generación disponible.
El mundo también puede reducir las emisiones directas de aire acondicionado cambiando a refrigerantes alternativos, los compuestos críticos dentro de los dispositivos de refrigeración que absorben el calor del aire. Los fabricantes han confiado en gran medida en los hidrofluorocarbonos, que son gases de efecto invernadero muy potentes que pueden filtrarse durante la fabricación y reparación o al final de la vida útil de una unidad. Pero bajo una enmienda de 2016 al Protocolo de Montreal , las empresas y los países deben cambiar cada vez más a opciones con menores impactos de calentamiento, como una clase de compuestos prometedores conocidos como HFO, ciertos hidrocarburos como el propano e incluso el dióxido de carbono (que al menos tiene menos efecto de calentamiento que los refrigerantes existentes).
Los refrigerantes alternativos podrían reducir las emisiones en el equivalente a alrededor de 50 mil millones de toneladas de dióxido de carbono en las próximas décadas. de acuerdo con la estimación de gama alta de un análisis Project Drawdown . (El mundo emitió casi 37 mil millones de toneladas en total el año pasado, según el Proyecto Global de Carbono .)
También hay formas claras de aliviar las cargas de electricidad requeridas para enfriar edificios, que incluyen agregar aislamiento, sellar fugas de aire, instalar cubiertas o películas para ventanas y aplicar colores o materiales reflectantes en los techos. La creación de tales techos fríos en el 80 % de los edificios comerciales del país podría reducir el uso anual de energía en más de 10 teravatios-hora y ahorrar más de $700 millones, según un estudio anterior del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley .
Evitar el 'crujido frío'
Pero, en última instancia, el creciente número de unidades de aire acondicionado que funcionan en hogares y edificios de todo el mundo deben ser mucho más eficientes desde el punto de vista energético para evitar lo que se conoce como la crisis del frío que se avecina.
Una de las herramientas más poderosas para lograr esas mejoras es la política pública. La IEA señala que la mejor tecnología disponible es más del doble de eficiente que el promedio de lo que realmente se usa en todo el mundo, y tres veces mejor que los productos más ineficientes del mercado.
El problema es que la mayoría de las personas y las empresas no pagarán mucho más por sistemas más eficientes solo para ayudar a lograr los objetivos climáticos globales, particularmente en las partes pobres del mundo. Pero con mandatos, incentivos o subsidios, las naciones pueden ayudar a garantizar que más de las unidades que se producen y venden sean modelos de mayor eficiencia.
El aumento proyectado en el uso de energía relacionado con el enfriamiento se reduce en un 45 % para mediados de siglo según el escenario de la AIE que incluye tales políticas (y no asume ningún avance tecnológico).
Incluso entonces, sin embargo, la demanda de energía de CA seguiría aumentando un 70 % a mediados de siglo. Eso supera a triplicar. Pero lograr ganancias adicionales significativas podría requerir cambios más radicales.
Cambio radical
Una serie de nuevas empresas están tratando de impulsar las cosas más allá.
Transaera, cofundada por el profesor de energía del MIT Mircea Dincă, está intentando mejorar significativamente la eficiencia abordando la humedad en el aire como un paso separado.
Además de enfriar el aire ambiente, las unidades de aire acondicionado convencionales tienen que dedicar grandes cantidades de energía para lidiar con este vapor de agua, que retiene una cantidad considerable de calor y lo hace sentir mucho más incómodo. Eso requiere bajar la temperatura mucho más allá de lo que lee el dial, para convertir el vapor en líquido y eliminarlo del aire.
Es increíblemente ineficiente”, dice Dincă. 'Es mucha energía, y es innecesaria,
El enfoque de Transaera se basa en una clase de materiales altamente porosos conocidos como estructuras metalorgánicas que se pueden personalizar para capturar y adherirse a compuestos específicos, incluida el agua. La empresa ha desarrollado un accesorio para sistemas de aire acondicionado que utiliza estos materiales para reducir la humedad del aire antes de que entre en una unidad estándar. Estima que puede mejorar la eficiencia energética general en más de un 25%.
Transaera es finalista en el Premio Global de Enfriamiento de $ 3 millones , un concurso diseñado para acelerar los avances en aire acondicionado para reducir los impactos climáticos. La compañía actualmente está probando prototipos en India. en asociación con una división del gigante chino de electrodomésticos Haier .
Mientras tanto, SkyCool Systems de Mountain View, California, ha desarrollado esencialmente espejos de alta tecnología que puede emitir calor en las frías extensiones del espacio , aprovechando un fenómeno natural conocido como enfriamiento radiativo.
Los materiales están diseñados para emitir radiación en una banda estrecha del espectro de luz que puede pasar a través de las moléculas de agua y otros compuestos atmosféricos que, de lo contrario, irradian calor hacia el planeta.
Colocados en los techos, los materiales pueden reemplazar o aumentar los sistemas tradicionales de enfriamiento de edificios. La empresa estima que la tecnología puede reducir la energía utilizada para enfriar estructuras entre un 10 y un 70 %, según la configuración y el clima. SkyCool está en proceso de instalar los materiales en su cuarto sitio comercial.
Otras startups están explorando ideas como bombas de calor geotérmicas , tecnología de estado sólido que evita la necesidad de gases refrigerantes , y nuevos giros en el enfriamiento evaporativo , que por lo general se basa en almohadillas empapadas de agua para reducir la temperatura del aire.
La buena noticia es que algo de dinero está comenzando a fluir hacia la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado. La firma de investigación CB Insights rastreó solo ocho acuerdos de financiamiento por un valor de casi $ 40 millones en 2015, pero 35 totalizaron alrededor de $ 350 millones el año pasado. (Esto incluye préstamos, inversiones de capital de riesgo y adquisiciones). Y ya ha habido 39 acuerdos por un valor de alrededor de $ 200 millones este año.
Pero la mala noticia es que el mayor nivel de financiación es pequeño en comparación con las decenas de miles de millones que se vierten en otros sectores de energía y tecnología, y minúsculo en relación con la escala de los problemas por venir.
Esta historia se actualizó para agregar información actual sobre SkyCool Systems y corregir la ciudad en la que ahora se encuentra.