Informe_final_CERENEW - Observatorio Tecnológico Cerámico

Informe de Inteligencia Tecnológica:
Papel y oportunidades de la cerámica en el
sector de las energías renovables
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El papel de la cerámica y oportunidades en el sector de las energías renovables
Con la colaboración de:
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© ITC-AICE, 2012
El papel de la cerámica y oportunidades en el sector de las energías renovables
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CAPÍTULO 1: INTRODUCIÓN .............................................................................................................................................. 6
1.1
Objetivo ....................................................................................................................................................6
1.2
Impacto medioambiental...........................................................................................................................6
1.3
Situación actual ........................................................................................................................................7
CAPÍTULO 2: RESULTADOS Y CONCLUSIONES DEL ENCUENTRO CON EXPERTOS............................................... 12
2.1. Consenso en potenciales líneas o propuestas de innovación detectadas........................................................ 12
2.2. Discusión y valoración del conjunto de propuestas .......................................................................................... 12
CAPÍTULO 3: ENERGÍA SOLAR ........................................................................................................................................... 15
3.1.
Conceptos generales ............................................................................................................................................. 15
3.1.1La tecnología.................................................................................................................................................15
3.1.2.Conceptos básicos energía fotovoltaica.......................................................................................................16
3.2.
Situación actual...................................................................................................................................................... 21
3.2.1.Contexto internacional..................................................................................................................................21
3.2.2.Contexto nacional.........................................................................................................................................27
3.3.
El papel de la cerámica en el sector de la energía solar fotovoltaica y térmica ..................................................... 31
3.3.1.Fotovoltaica integrada en elementos cerámicos ..........................................................................................31
3.3.2.Recubrimientos cerámicos como mejora propiedades técnicas...................................................................32
3.3.3.Nuevos materiales cerámicos ......................................................................................................................32
3.3.4.Absorbedores cerámicos para energía solar................................................................................................33
3.3.5.Cocinas solares............................................................................................................................................34
3.3.6.Colector cilindro-parabólico de material cerámico........................................................................................35
3.4.
Innovaciones del sector solar potencialmente transferibles ................................................................................... 36
3.4.1.Desarrollo de mobiliario urbano....................................................................................................................36
3.4.2.Uso de la cerámica como disipador de calor en placas fotovoltaicas...........................................................36
3.4.3.Transferencia de ideas, conceptos y experiencias de la fachada ventilada al montaje de helióstatos y
viceversa. 37
3.4.4.Recubrimientos fotocatalíticos autolimpiantes..............................................................................................38
3.4.5.Hornos solares para procesos de alta temperatura......................................................................................38
3.4.6.Tejas especiales para aprovechamiento de la energía solar térmica...........................................................39
3.4.7.Torres térmicas solares ................................................................................................................................40
3.4.8.Paneles termodinámicos como sistema de calefacción ...............................................................................41
3.4.9.Uso de recubrimientos cerámicos en elementos de refrigeración por absorción .........................................43
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CAPITULO 4: ENERGÍA EÓLICA ......................................................................................................................................... 44
4.1.
Conceptos generales............................................................................................................................................. 44
4.1.1.La tecnología ............................................................................................................................................... 44
4.2.
Situación actual ..................................................................................................................................................... 46
4.3.
El papel de la cerámica en la energía eólica ......................................................................................................... 52
4.3.1.Recubrimientos cerámicos para aerogeneradores ...................................................................................... 52
4.3.2.Cerámica para tratamientos anticorrosión. .................................................................................................. 52
4.4.
Innovaciones del sector de la energía eólica potencialmente transferibles ........................................................... 53
4.4.1.Sistemas eólicos integrados en fachadas de edificios................................................................................. 53
4.4.2.Utilización de técnicas de deposición como plasma atmosférico................................................................. 56
4.4.3.Frenos para aerogeneradores ..................................................................................................................... 56
4.4.3.Energía eólica para diferentes usos ............................................................................................................ 58
4.4.4.Uso de palas cerámicas............................................................................................................................... 59
CAPITULO 5: ENERGÍA MARINA/OCEÁNICA..................................................................................................................... 60
5.1.
Conceptos básicos ................................................................................................................................................ 60
5.1.1.La tecnología ............................................................................................................................................... 60
5.2.
Situación actual ..................................................................................................................................................... 62
5.2.1.Contexto Internacional ................................................................................................................................. 62
5.2.2.Contexto nacional ........................................................................................................................................ 67
5.3.
El papel de la cerámica ......................................................................................................................................... 69
5.4.
Innovaciones del sector de la energía marina potencialmente transferibles.......................................................... 70
5.4.1.Nuevos recubrimientos ................................................................................................................................ 70
CAPITULO 6: ENERGÍA GEOTÉRMICA............................................................................................................................... 71
6.1.
Conceptos generales............................................................................................................................................. 71
6.2.
Situación actual ..................................................................................................................................................... 73
6.2.1.Contexto mundial......................................................................................................................................... 73
6.2.2.Contexto nacional ........................................................................................................................................ 74
6.3.
Papel actual de la cerámica en el sector de la energía geotérmica....................................................................... 75
6.4.
Innovaciones del sector de la energía geotérmica potencialmente transferibles ................................................... 76
6.4.1.Cerámica termoeléctrica .............................................................................................................................. 76
6.4.2.Idoneidad de uso de la cerámica frente a otros materiales (parquet) .......................................................... 76
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CAPITULO 7: ENERGIA HIDROELECTRICA ....................................................................................................................... 77
7.1.
Conceptos generales ............................................................................................................................................. 77
7.1.1.La tecnología................................................................................................................................................77
7.2.
Situación actual...................................................................................................................................................... 79
7.2.1.Contexto mundial .........................................................................................................................................79
7.2.2.Contexto nacional.........................................................................................................................................80
7.3.
Papel actual de la cerámica en el sector de la energía hidroeléctrica.................................................................... 81
7.4.
Innovaciones del sector de la energía hidroeléctrica potencialmente transferibles ................................................ 82
7.4.1.Revestimiento cerámico para evitar roturas (cavitación)..............................................................................82
7.4.2.Material cerámico como “almacén” de energía ............................................................................................82
7.4.3.Minihidráulica ...............................................................................................................................................83
CAPITULO 8: BIOMASA Y BIOCOMBUSTIBLES ................................................................................................................ 84
8.1.
Conceptos generales ............................................................................................................................................. 84
8.1.1. Definición y tipos .........................................................................................................................................84
8.1.2. Biocombustibles y biogás ............................................................................................................................85
8.2.
Situación Actual...................................................................................................................................................... 86
8.2.1. Contexto internacional.................................................................................................................................86
8.2.2. Contexto nacional........................................................................................................................................87
8.3.
Papel actual de la cerámica en el sector de la biocombustibles ............................................................................ 90
8.3.1. Biogás y biocombustibles en procesos productivos cerámicos ...................................................................90
8.3.2. Membranas cerámicas ................................................................................................................................91
8.3.3. Función estética ..........................................................................................................................................91
8.4.
Innovaciones del sector de los biocombustibles potencialmente transferibles....................................................... 92
8.4.1. Electrodos para fotohidrólisis ......................................................................................................................92
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CAPÍTULO 1: INTRODUCIÓN
1.1 Objetivo
Como es conocido, las energías renovables contemplan todas aquellas técnicas y procesos de obtención de energía a
partir de fuentes naturales (virtualmente inagotables), entre las cuales se encuentra la energía hidroeléctrica, la eólica, la
solar (térmica / fotovoltaica), la energía geotérmica, la mareomotriz, la biomasa y los biocombustibles.
Concretamente, el objetivo de este estudio es identificar y difundir oportunidades que puede ofrecer el uso de materiales
cerámicos en diversos ámbitos de las energías renovables, ya sea como materia prima de componentes de equipos o
instalaciones, como recubrimientos, e incluso nuevos usos poco explotados.
Las principales ventajas del uso de este tipo de fuentes energéticas es la reducción de los gases de efecto invernadero, la
diversificación de distribuidores de energía y la reducción de la dependencia de las energías fósiles (no renovables).
El Consejo Europeo de marzo de 2007 aprobó el objetivo obligatorio de alcanzar una cuota del 20% de energía procedente
de fuentes renovables en el consumo total de energía de la UE en 2020. Es por esta razón y políticas similares que
supuestamente deben tomarse a futuro las que hacen pensar en que es el momento óptimo para profundizar en las
innovaciones del sector y el papel que los materiales cerámicos pueden desarrollar para alcanzar dicho objetivo.
Otro ejemplo en esta línea fue la reunión mantenida por los ministros de energía de la UE los pasados 19 y 20 de abril. En
dicha reunión se reconoció la importancia en la estrategia a futuro de tres aspectos clave, que son: eficiencia
energética, alcanzar un alto porcentaje en el mix energético de renovables en 2030 y reforzar la infraestructura
(http://www.energiadiario.com/publicacion/spip.php?article20443).
1.2 Impacto medioambiental
El cambio climático y la seguridad energética son dos de los principales problemas o preocupaciones a los que se está
enfrentando actualmente España y, por supuesto, también Europa. Por un lado se tiene la preocupante dependencia de
Europa de los combustibles fósiles y por otro que aproximadamente el 80 % de las emisiones de gases de efecto
invernadero provienen del consumo energético.
Es necesario tomar decisiones enfocadas a minimizar estas cifras y ello solo es posible mejorando la eficiencia energética
y desarrollando tecnologías sostenibles en el uso de los recursos energéticos renovables.
El presente estudio persigue demostrar que existen lazos de simbiosis entre los materiales cerámicos y el sector de las
energías renovables, de forma que contar con dichos materiales puede significar una mejora importante en diferentes
aspectos que redundan en un impacto medioambiental positivo.
La mejora de la eficiencia en la generación de energía o el incremento de la vida media de determinadas tecnologías son
algunas de las ventajas que se pueden alcanzar mediante el uso de materiales cerámicos. Estas mejoras pueden significar
superar el umbral del desarrollo sostenible y desarrollar un elemento eco-innovador.
Otras posibles mejoras que puede aportar el uso de materiales cerámicos están relacionadas con la integración
arquitectónica y, por lo tanto, la reducción del impacto visual. Como es bien sabido, la cerámica es utilizada para el
revestimiento de, entre otras cosas, fachadas. Adaptar los materiales cerámicos y/o las tecnologías del sector de las
renovables puede dar lugar a propuestas muy atractivas desde el punto de vista del impacto visual, sin menospreciar las
posibilidades en la mejora de la eficiencia.
Por último, y en este caso haciendo referencia al propio proceso de fabricación cerámico, cualquier reducción del consumo
actual de combustibles fósiles que venga de la mano de utilizar biocombustibles, como por ejemplo el biogas, tendrá un
impacto medioambiental considerable.
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1.3 Situación actual
La distribución de las fuentes de energía utilizadas en Europa (a fecha de 2010) se muestra en la siguiente figura. Destaca
que, aunque hay una predominancia de energías no renovables (gas, carbón, fuel oil) frente al uso de energías renovables,
estas últimas ya significan un 30% del total de energía consumida en Europa.
Potencia energética en Europa 2010 (Fuente: EWEA)
A continuación se aporta un esquema en el que puede verse el conjunto de fuentes de energía consideradas renovables,
distinguiendo el aprovechamiento o uso que se hace de las mismas entre eléctrico, térmico y transporte.
Figura 1 Fuentes energéticas renovables y uso al que van destinada la energía (Fuente: IDEA)
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Según el Observatorio de la Electricidad, el sistema eléctrico nacional ha aumentado en un 42% sus emisiones de gases
de efecto invernadero respecto a las registradas en enero de 2011, y eso es debido al incremento sufrido en la quema de
carbón nacional. En enero del año pasado ese combustible fósil produjo el 7,8% de los kilovatios eléctricos, mientras que
en enero de este año (un año después) el carbón ha generado el 21,8%.
A pesar de ello, los datos son bastante favorables. En cuanto a datos de producción actuales, según Red Eléctrica de
España, en el mes de enero de 2012 el 26,5% de los kilovatios que consumió España fueron cubiertos con energías
renovables, mientras que el 21,8% fueron generados en centrales térmicas de quema de carbón y el 17,5% de la
electricidad en centrales térmicas que queman gas natural. Por otra parte el 21,7% provienen de los ocho reactores
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nucleares de la península.
Cuando se habla de consumo de energía primaria para cualquier uso, estos porcentajes se ven recortados de forma
importante a la baja para las energías renovables, inclinándose hacia el lado de los combustibles fósiles, principalmente
influenciado por el uso de combustible en el transporte.
Gas Natural
22,7%
Nuclear
11,6%
Residuos no
Renovables
0.1%
Hidráulica
2,2%
Eólica
2.8%
Energias Renovables
11,7%
Petróleo
45,0%
Carbón
9,3%
Biomasa, biogás y
RSU
4,2%
Biocarburantes
1.3%
Solar
1.2%
Geotérmica
0,01%
Consumo de energía primaria en España en el año 2011 (Fuente: IDAE)
Independientemente de todo ello, la distribución de generación de energía procedente de fuentes renovables a lo largo de
los últimos años es la siguiente:
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http://ecocosas.com/energias-renovables/la-electricidad-espanola-un-42-mas-sucia/
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Producción de energías renovables (ktep) en los últimos años. (Fuente. IDEA)
Otro punto de interés son los recientes cambios que se han producido en la normativa vigente, sobre todo la aprobación
del RDL 1/2012, por el cual se ha suspendido temporalmente los incentivos económicos para nuevas instalaciones de
producción de energía eléctrica a partir de fuentes renovables, cogeneración y residuos.
Si hasta el momento España había sido un país interesante para invertir en energías renovables, a principios de 2012, se
anunciaba que según el "Indice de atractivo inversor en Energías renovables", publicado periódicamente por Ernst &
Young, España abandonaba el "top-ten" de países más atractivos para invertir en las renovables debido al corte a las
primas. Puede verse en la siguiente gráfica el cuadro del ranking en el pasado mes de febrero.
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Índices de renovables (Fuente. Ernst & Young analysis , Mayo 2012)
La Unión Europea fijó en 2009 el objetivo de reducir las emisiones de CO2 hasta el 95% para el año 2050. Para lograrlo,
los planes de la Comisión Europea prevén en 2030 un aumento del coste de la electricidad del 50% respecto a 2005. A
largo plazo, sin embargo, prometen precios estables, ahorro energético y una reducción de las emisiones de cerca del 95%
respecto de 1990. En concreto, la Comisión propone cinco escenarios distintos, todos ellos con una importante reducción
de las emisiones, pero con fórmulas diferentes para alcanzarla. Todos los escenarios pronostican un fuerte crecimiento de
las fuentes de energía renovables. Además, el informe de la Comisión europea señala a España como el país europeo con
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más riesgo para las empresas energéticas, en especial por el déficit tarifario (4.000 millones de euros en 2011) .
En cuanto a proyectos relacionados con el sector de las energías renovables que puede afectar a nuestro país cabe
destacar el planteado por “Desertec Industrial Initiative (DII)”. Esta iniciativa pretende distribuir paneles solares a lo largo
del desierto del Sahara. Se espera que arranque el año próximo (2013) en Marruecos y que entre 2015 y 2016, si se
cumplen los plazos previstos, comience el suministro a España de parte de la electricidad producida. Desertec proyecta
suministrar a Europa el 15% del consumo eléctrico en 2050. Entre los participantes se encuentran empresas españolas
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como es el caso de Red Eléctrica o Abengoa Solar.
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3
http://www.madrimasd.org/informacionidi/noticias/noticia.asp?id=50848&origen=Home_madrimasd
http://elpais.com/diario/2011/11/09/sociedad/1320793203_850215.html
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Esquema general del proyecto Desertec (Fuente: Desertec. El Pais )
Por último, comentar muy brevemente el problema español del conocido “déficit tarifario”. El sector de la energía español
parece no resultar rentable, pues el precio que se paga por la luz no cubre los gastos que supone producir la electricidad lo
que ha producido un aumento considerable de su precio a lo largo de los últimos años y también en 2012. Este último
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incremento es el segundo más alto de la historia de España, tras el producido en enero de 2011 con una subida del 10% .
La tarifa eléctrica de último recurso (TUR) se revisa cada trimestre y se genera a partir de dos componentes. Por un lado
se tiene los peajes que retribuyen los costes regulados del sector y que fija el Gobierno, y por el otro el precio de la energía
que resulta de las subastas denominadas Cesur. Al no incrementar éstas en la cuantía suficiente la parte regulada de la
tarifa, se ha contribuido a elevar el déficit del sector, siendo los ingresos vía recibo de la luz insuficientes para cubrir los
costes del sistema. Este déficit debe ajustarse a unos límites fijados por ley: 3.000 millones en 2011 y 1.500 millones este
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año 2012.
Existe una controversia con este tema pues las empresas eléctricas culpan a las energías renovables de ser el origen del
déficit tarifario y lamentan que más de la mitad de la tarifa de la luz corresponda a costes ajenos al suministro eléctrico.
Hasta el momento, con la aprobación del gobierno de las últimas normas, el ajuste del sistema eléctrico se ha cargado
sobre los consumidores y las políticas de ahorro, eficiencia y energías renovables. Se considera que las energías
renovables no son ni lo más mínimo responsables pues, a pesar de los recortes efectuados en su contra, no se ha
reducido los costes ni impedido la subida de la luz.
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5
http://finanzas-personales.practicopedia.com/ahorro/como-te-afecta-la-subida-del-precio-de-la-luz-de-2012-16230
http://www.rtve.es/noticias/20120321/coste-electricidad-baja-7-primera-subasta-energia-2012/508980.shtml
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