En el último siglo, la energía ha jugado un papel fundamental en el desarrollo de la sociedad influyendo considerablemente en su desarrollo económico, social y ambiental. Por ello en los últimos 40 años el consumo energético mundial ha crecido en torno a un 250% (desde 4,686 Mtep en 1969 hasta 11,164 Mtep en 2009), previéndose aumentos hasta 2035 con una tasa cercana del 1.8% anual [1], motivado principalmente por el crecimiento económico de los países en vías de desarrollo (Figura 1-1). Por dichas razones, el escenario energético mundial se ha ido reestructurando y adaptando a nuevas tendencias en que la energía y la protección del medio ambiente adquieren un rol cada vez más importante, incorporando como nuevos objetivos la obtención de nuevas fuentes de energías que sean limpias y renovables, así como en la mejora del uso de estas.
Figura 1-1. Consumo energético de los países miembros y no miembros de la OECD, histórico 1965-2012 y proyecciones para el periodo 2012-2035.
En países como España, el consumo energético se encuentra distribuido principalmente en cinco grandes sectores (agricultura, industria, residencial, servicios y transporte). Dos sectores en los que ha crecido considerable el consumo energético en las dos últimas décadas y que presentan un gran potencial de ahorro son los sectores residencial y servicios, donde el consumo ha aumentado desde un 15.8% a un 17% y desde un 7.7% a un 9.9%, respectivamente [2] (Figura 1-2).
Figura 1-2. Evolución del consumo energético final a nivel sectorial en España entre 1990 y 2010.
En el sector residencial, el consumo energético se distribuye principalmente en la demanda de calefacción y refrigeración (59%), agua caliente sanitaria (26%) y la demanda de iluminación y equipos (15%). En el sector servicios, el consumo energético se debe principalmente a iluminación (35%), refrigeración (31%) y calefacción (23%).
Figura 1-3. Usos de la energía en los sectores residencial y servicios (2010).
A nivel mundial, el consumo energético está cubierto principalmente por fuentes de energía provenientes de recursos fósiles, los cuales son transformados principalmente en electricidad, ya que la mayoría de electrodomésticos (refrigeradores, estufas, lavadoras, secadoras, lavavajillas, bombas de calor, calderas eléctricas para calefacción, accionamiento de maquinaria como ascensores, bombas de riego, etc.) utilizan este tipo de energía para funcionar.
Las fuentes de energía utilizadas para cubrir la demanda energética mundial, son principalmente del tipo no renovable, tales como: carbón, gas natural, combustibles líquidos de origen fósil, derivados del petróleo y la energía nuclear. Sin embargo, este tipo de fuentes de energías se caracterizan principalmente por no ser amigables con el medioambiente y encontrarse en cantidades limitadas.
De estas fuentes de energía, el petróleo destaca como la fuente más importante, abundante y consumida, seguida por el carbón, muy utilizado para la generación de electricidad. Luego el gas natural, que se ha posicionado en tercer lugar, habiéndose incrementado su consumo en los últimos años debido a su alta eficiencia global para el consumidor final y popularizándolo como una importante alternativa para aplicaciones de generación eléctrica. En cuarto lugar se encuentran las energías renovables, las cuales van adquiriendo un peso cada vez más importante en el mapa energético mundial. Finalmente, se tiene la energía nuclear, la cual se estima que mantendrá un ligero ascenso [1] hasta 2035.
Figura 1-4. Uso de energía a nivel mundial según tipo de combustible, 1990-2035.
A causa de que las principales fuentes de energías utilizadas afectan negativamente al medio ambiente, además de encontrarse en cantidades limitadas, los gobiernos e industrias están cada vez más implicados en mitigar estos efectos y se han propuesto como objetivo para los países industrializados y economías de transición, reducir las emisiones de CO2 por debajo del volumen producido en 1990 en torno a un 5.1%. En
concreto, para la Unión Europea esta reducción se ha fijado en torno a un 8% entre el periodo 2008-2012 respecto a las emisiones producidas en 1990. Esto hace que sea de gran interés encontrar una forma de proveer estas demandas a partir de fuentes limpias y renovables.
Existen diferentes tipos de energías renovables que pueden ser utilizadas para suplir este tipo de demandas, tales como la energía eólica, geotérmica, mareomotriz, mareomotérmica, biomasa, energía solar térmica y muchas más. No obstante un tipo de energía abundante y que tiene un gran potencial para su aplicación es la energía térmica procedente de calor residual o de fuentes de energías renovables.
Peterson [3], clasificó las fuentes de energía térmica en función de su temperatura, ya sea de baja temperatura (entre 353 K y 423 K); mediana temperatura (entre 423 K y 773 K) y alta temperatura (superiores a 773 K).
Las fuentes de energía térmica de baja temperatura son muy abundantes, sobre todo en forma de calor residual o energía solar térmica de baja temperatura. Rattener y Garimella [4] clasificaron el potencial energético de las diferentes fuentes de calor producidas anualmente, observándose que las fuentes de energía de baja temperatura tienen un gran potencial de aplicación (Tabla 1-1).
Tabla 1-1. Potencial energético de las diferentes fuentes de calor de baja temperatura [4].
Fuentes de alta temperatura
13.9 x 109 GJ Convertidos directamente a electricidad. 250 – 500 ºC 1.9 x 109 GJ 65% refrigeración o 100% calefacción. 100 – 250 ºC 0.8 x 109 GJ 27% refrigeración residencial o 24%
calefacción.
50 – 100 ºC 3.0 x 109 GJ 100% ACS o 100% calefacción. 40 – 50 ºC 7.3 x 109 GJ para procesos industriales y calefacción. Las fuentes de calor de baja temperatura son abundantes. Especialmente en el sector industrial y aplicaciones solares, diversos autores han propuesto aprovechar este tipo de fuentes de energía para transformarlas en energía mecánica a través de ciclos de absorción que producen energía mecánica o refrigeración en ciclos de refrigeración por absorción.