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Sergei Akulich/Pexels

Cambio Climático

Aire acondicionado: la nueva gran amenaza climática

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El aumento de la población y de la temperatura está incrementando su uso de forma descontrolada, lo que agravará el consumo energético y las emisiones. Los actuales sistemas casi no han evolucionado desde su nacimiento y los fondos para innovarlos resultan ínfimos frente al problema que suponen

  • por James Temple | traducido por Ana Milutinovic
  • 04 Septiembre, 2020

Mientras este verano las olas de calor batían récords en algunos lugares de EE. UU. como California, la sobrecarga por el uso de millones de aires acondicionados obligó a los operadores de la red eléctrica del estado a dejar a cientos de miles de hogares en la oscuridad.

Los apagones son solo un pequeño vistazo de lo que probablemente está por venir en muchos otros sitios. El aumento de la población, la subida de los ingresos, una mayor urbanización y el incremento de las temperaturas de verano, podrían triplicar la cantidad de aparatos de aire acondicionado instalados en todo el mundo para mediados de siglo, hasta llegar a los 6.000 millones en total, según el informe Future of Cooling (El futuro de la refrigeración) de la Agencia Internacional de Energía (IEA por sus siglas en inglés).

El aire acondicionado representa uno de los desafíos más pérfidos del cambio climático y uno de los problemas tecnológicos más difíciles de solucionar. Cuanto más se calienta el planeta, más necesitaremos enfriarnos, no solo por comodidad, sino por salud y supervivencia en gran parte del mundo.

Pero los propios aparatos de aire acondicionado producen suficiente calor para aumentar notablemente las temperaturas urbanas y también emiten muy potentes gases de efecto invernadero. Además, miles de millones de nuevas unidades, con sus necesidades de energía, crearán una de las mayores fuentes de aumento de consumo eléctrico en todo el mundo.

Si la situación no mejora, la demanda de energía para refrigeración también se triplicará: llegará a 6.200 teravatios-hora en 2050, o casi una cuarta parte del consumo actual total de electricidad del mundo en la actualidad.

ola de calor valle de la muerte

Foto: Es posible que el Valle de la Muerte de California haya alcanzado las temperaturas más altas jamás registradas durante las olas de calor abrasadoras de agosto. Créditos: AP/John Locher

A pesar de la magnitud de los crecientes desafíos, los fondos dedicados al sector han sido muy limitados y se han producido pocos avances destacables en los productos de consumo. Aparte de las lentas mejoras en eficiencia, la tecnología básica funciona casi igual que cuando se introdujo hace casi un siglo.

"El hecho de que el uso de aire acondicionado para ventanas continúe aumentando mientras que el producto parece y funciona igual que hace décadas, habla por sí solo", afirma el director ejecutivo de Treau, Vince Romanin, cuya start-up de refrigeración sigilosa trabaja en un nuevo tipo de bomba de calor. Y añade: "Creo que mucha gente quiere algo nuevo en este sector, pero solo ha habido un progreso gradual".

En las últimas décadas se han producido muchas más mejoras en términos de costes y rendimiento en otras tecnologías energéticas, como paneles solares, baterías y vehículos eléctricos. Estas mejoras han sido impulsadas por distintas políticas públicas, esfuerzos de investigación y una creciente demanda de alternativas más limpias. Treau es una de numerosas start-ups y grupos de investigación que ahora buscan avances similares para la refrigeración.

Pero incluso si las existencias mundiales de unidades de aire acondicionado se vuelven mucho más eficientes, los aumentos proyectados en su uso son tan grandes que la demanda mundial de electricidad seguirá creciendo. Eso complicará aún más la ya enorme tarea de limpiar los sectores eléctricos del mundo y significa que los países no solo deberían revisar la infraestructura eléctrica existente, sino que tendrían que construir sistemas mucho más grandes que los existentes que funcionen con fuentes libres de carbono.

Millones de nuevos aires acondicionados

Enfriar continuamente las enormes cantidades de aire caliente que llena los hogares, oficinas y fábricas es, y siempre será, una gran fuente de consumo energético.

El problema no se limita a que un mayor número de aparatos de aire acondicionado requerirá cada vez más electricidad para funcionar. También consiste en que aumentará especialmente la demanda en horas puntas, cuando las temperaturas son altas y todo el mundo enciende su aire acondicionado al mismo tiempo. Eso significa que debemos reforzar los sistemas eléctricos para satisfacer unos niveles de demanda que pueden ocurrir solo durante unas pocas horas o unos pocos días al año.

En el condado de Los Ángeles (EE. UU.), el aumento de las temperaturas combinado con el crecimiento de la población podría incrementar la demanda de electricidad durante las horas puntas de verano hasta 51 % para 2060 en un escenario de altas emisiones, según un estudio de energía aplicada de 2019 realizado por los investigadores del estado de Arizona (EE. UU.) y la Universidad de California en Los Ángeles.

Eso sumaría cerca de 6,5 gigavatios adicionales que los operadores de la red tendrán que facilitar a la vez, lo que equivale a la producción instantánea de casi 20 millones de paneles solares de 300 vatios en un día soleado.

Y eso solo en uno de los 58 condados de California. El mundo sufrirá un aumento bastante mayor en la demanda de aire acondicionado en los países donde la clase media está creciendo rápidamente y donde las olas de calor se volverán más habituales y severas. En concreto, la IEA proyecta que la India instalará otros 1.100 millones de unidades hasta 2050, lo que incrementará la participación de aire acondicionado en la demanda máxima de electricidad del país del 10 % al 45 %.

Limpiar la red

La solución clave debe ocurrir fuera de la industria del aire acondicionado. La transición de la red eléctrica en su conjunto hacia un mayor uso de fuentes de energía limpia, como la solar y la eólica, reducirá de manera constante las emisiones indirectas de gases de efecto invernadero de la energía utilizada para alimentar las unidades de aire acondicionado.

Además, el desarrollo de redes eléctricas cada vez más inteligentes podría ayudar a los sistemas a hacer frente a las sobrecargas del aire acondicionado en los picos de demanda. Eso implica añadir sensores, sistemas de control y software capaces de reducir automáticamente el uso a medida que disminuyen las temperaturas exteriores, cuando las personas abandonan los espacios por unos períodos prolongados o cuando la demanda empieza a chocar con la generación disponible.

El mundo también puede reducir las emisiones directas del aire acondicionado cambiando a refrigerantes alternativos, los compuestos críticos de los dispositivos de refrigeración que absorben el calor del aire. Los fabricantes han utilizado principalmente 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 (Canadá), las empresas y los países deben optar cada vez más por opciones con menor impacto de calentamiento, como una clase de compuestos prometedores conocidos como HFO, ciertos hidrocarburos como el propano e incluso dióxido de carbono (que al menos tiene un menor efecto de calentamiento que los refrigerantes existentes).

Los refrigerantes alternativos podrían reducir las emisiones en el equivalente a alrededor de 50.000 millones de toneladas de dióxido de carbono en las próximas décadas, según la estimación de un análisis de Project Drawdown. (El mundo emitió casi 37.000 millones de toneladas en total el año pasado, según el Global Carbon Project).

También hay formas claras de reducir el consumo de electricidad necesario para enfriar edificios, como añadir aislamientos, sellar fugas de aire, instalar revestimientos o películas para ventanas y aplicar colores o materiales reflectantes en los tejados. La creación de tales "techos frescos" en el 80 % de los edificios comerciales de EE. UU. podría reducir el uso anual de energía en más de 10 teravatios-hora y ahorrar cerca de 600 millones de euros, según un estudio del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Evitar la 'crisis del frío'

Pero, en última instancia, el creciente número de unidades de aire acondicionado que funcionan en el mundo debe ser mucho más eficiente en términos de energía para evitar lo que se conoce como la próxima "crisis del frío".

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 la media de lo que se usa en todo el mundo y tres veces mejor que los productos más ineficientes del mercado.

El problema consiste en que la mayoría de las personas y empresas no están dispuestas a invertir en sistemas más eficientes solo para ayudar a cumplir los objetivos climáticos globales, especialmente en las partes más pobres del mundo. Pero con normas, incentivos o subsidios, los países pueden ayudar a garantizar que un mayor número de unidades que se produzcan y vendan sean modelos de mayor eficiencia.

El aumento proyectado en el uso de energía relacionada con la refrigeración se reduce un 45 % a mediados de siglo en el escenario de la IEA que incluye tales políticas (y no supone ningún avance tecnológico). Sin embargo, incluso en ese escenario, la demanda de energía del aire acondicionado seguiría aumentando un 70 % a mediados de siglo. Eso es más del triple. Pero lograr ganancias adicionales significativas podría requerir cambios más radicales.

Cambio radical

Varias start-ups tratan de mejorar esta situación. Transaera, cofundada por el profesor de energía del MIT Mircea Dincă, intenta mejorar la eficiencia de forma significativa al abordar la humedad en el aire como un paso aparte.

Además de enfriar el aire del ambiente, las unidades del aire acondicionado convencionales tienen que dedicar grandes cantidades de energía a lidiar con el vapor de agua, que retiene bastante calor y crea una sensación mucho más incómoda. Eso requiere bajar la temperatura mucho más allá de lo que indica el termostato, para convertir el vapor en líquido y eliminarlo del aire.

"Resulta increíblemente ineficiente. Es mucha energía innecesaria", opina Dincă.

El método de Transaera se basa en una clase de materiales altamente porosos conocidos como estructuras organometálicas que se pueden ajustar para capturar y adherirse a algunos compuestos específicos, incluida el agua. La empresa ha desarrollado un accesorio para los sistemas de aire acondicionado que utiliza estos materiales para reducir la humedad en el aire antes de que entre en una unidad estándar. El experto estima que eso podría mejorar la eficiencia energética general en más de un 25 %.

Transaera es finalista del premio Global Cooling Prize de tres millones de dólares (2,54 millones de euros), del concurso para acelerar los avances en el aire acondicionado para reducir los impactos del cambio climático. Actualmente, la compañía está probando sus prototipos en la India en asociación con una división del gigante chino de electrodomésticos Haier.

Por otro lado, SkyCool Systems ha desarrollado espejos de alta tecnología que pueden enviar el calor a las extensiones frías 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 deslizarse más allá de las moléculas de agua y otros compuestos atmosféricos que, de otro modo, irradiarían calor hacia el planeta.

Colocar estos materiales en los tejados permitiría reemplazar o aumentar los sistemas tradicionales de refrigeración de edificios. La empresa estima que la tecnología podría reducir la energía utilizada para enfriar estructuras entre un 10 % y un 70 %, en función de la de la configuración y de la situación climática. SkyCool está en proceso de instalación de estos materiales en su cuarto sitio comercial.

Otras start-ups están explorando ideas como bombas de calor geotérmicastecnología de estado sólido que evita la necesidad de gases refrigerantes y nuevos giros en el enfriamiento evaporativo, que generalmente se basa en almohadillas empapadas de agua para reducir la temperatura del aire.

La buena noticia los fondos para innovar la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado están empezando a aumentar. La empresa de investigación CB Insights encontró ocho acuerdos de financiación por un valor de casi 34 millones de euros en 2015, y otros 35 del año pasado por un total de alrededor de 296 millones de euros (esto incluye préstamos, inversiones de capital de riesgo y adquisiciones). Y este año ya se han cerrado otros 39 acuerdos por un valor de alrededor de casi 170 millones de euros.

Pero la mala noticia es que el aumento de la financiación es mínimo en comparación con las decenas de miles de millones que se destinan a otros sectores de la energía y la tecnología, y minúsculo frente a la gravedad de los problemas que se avecinan.

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