Una nueva empresa ha surgido con un ambicioso plan para mejorar la eficiencia de las turbinas de gas que alimentan los centros de datos, utilizando dióxido de carbono en estado supercrítico. American Supercritical presentó su iniciativa el miércoles, con un financiamiento de 8 millones de dólares, con la intención de actualizar las turbinas de gas obsoletas que actualmente emplean muchos centros de datos. El objetivo es sustituir estas unidades por otras que generen más energía sin incrementar las emisiones de carbono, aunque es importante señalar que estas turbinas seguirán produciendo contaminación. Esta tecnología tiene el potencial de ser aplicada a diversas fuentes de energía, en un contexto donde la demanda eléctrica continúa en aumento.
“Nuestro enfoque inicial son las turbinas de gas, pero aspiramos a expandir nuestro alcance más allá de este sector en el futuro”, comenta Simon Shuham, cofundador de la empresa.
El Desafío de la Eficiencia Energética
En Estados Unidos, la mayoría de las grandes plantas de energía a base de gas operan bajo un ciclo combinado. Este proceso implica que las turbinas generan electricidad a partir de la combustión de aire comprimido y gas natural, seguido de un motor que utiliza los gases de escape calientes para producir vapor y generar energía adicional. Sin embargo, muchos centros de datos han optado por utilizar turbinas de ciclo simple, lo que elimina el componente de vapor y resulta en una eficiencia significativamente reducida.
Las turbinas de ciclo simple convierten solo alrededor del 35% de la energía en electricidad, mientras que el porcentaje restante se pierde en forma de gases de escape. En contraste, las plantas de ciclo combinado logran una eficiencia que oscila entre el 60% y el 65%. Esta ineficiencia, sumada a la magnitud de algunas plantas, plantea graves preocupaciones climáticas. Por ejemplo, una planta en Texas que Amazon está construyendo, alimentada por turbinas de ciclo simple, tiene permiso para emitir más de 33 millones de toneladas de gases de efecto invernadero anualmente, cifra que supera las emisiones anuales de algunos países pequeños.
Innovación con CO2 Supercrítico
Los fundadores de American Supercritical creen que las turbinas ineficientes son candidatas perfectas para la tecnología de CO2 supercrítico. Este fenómeno ocurre cuando el dióxido de carbono se presuriza y se mantiene a una temperatura específica, adquiriendo la densidad de un líquido mientras actúa como un gas, lo que permite una transferencia de energía más eficiente a través de equipos compactos.
La empresa planea acoplar sus unidades de CO2 supercrítico a turbinas de gas pequeñas, incrementando así la generación de energía. Aunque estas turbinas seguirán utilizando gas, la unidad de CO2 supercrítico aprovechará los gases de escape calientes generados para producir electricidad adicional, utilizando el calor de manera más eficiente al evitar la necesidad de hervir agua y generar vapor.
“Estamos desarrollando versiones en miniatura de plantas de ciclo combinado”, señala Shuham.
Mejoras Significativas en Eficiencia
La implementación de CO2 supercrítico también podría reducir significativamente el consumo de agua en el proceso de generación de energía, un factor que ha despertado el interés de los centros de datos. Cabe destacar que el sistema de CO2 opera en un circuito cerrado, por lo que no necesita recargas. Matthew Carlson, cofundador de la empresa y con más de una década de experiencia investigando el CO2 supercrítico, lo compara con sistemas de refrigeración que utilizan CO2 para enfriar.
American Supercritical tiene planes de ofrecer inicialmente una unidad de 10 megavatios, que se considera relativamente pequeña en comparación con las instalaciones de gas convencionales. Según sus proyecciones, la incorporación de unidades de CO2 supercrítico podría aumentar la eficiencia de las turbinas hasta en un 50% sin incrementar las emisiones de gases de efecto invernadero ni el consumo de agua. Sin embargo, la modernización de todas las turbinas de gas ineficientes en el país no eliminará por completo las emisiones de carbono, ya que el uso de gas natural, incluso con turbinas más eficientes, sigue contribuyendo al calentamiento global.
Un Camino Lleno de Desafíos
La idea de utilizar CO2 supercrítico para la generación de energía no es nueva; ha sido objeto de estudio durante más de 50 años en laboratorios nacionales de Estados Unidos. Recientemente, la investigación ha avanzado de la teoría a la práctica, gracias a desarrollos tecnológicos que facilitan el proceso de presurización. Doug Hofer, asesor de American Supercritical y ex ingeniero de turbinas en GE, destaca que uno de los avances clave ha sido la creación de intercambiadores de calor más compactos y accesibles, que son esenciales para calentar y enfriar el CO2.
American Supercritical no es la única que busca comercializar esta tecnología. Subith Vasu, profesor de ingeniería en la Universidad de Florida Central, enfatiza que aún existen obstáculos que superar para lograr el éxito comercial. “Al introducir nuevas tecnologías, es crucial tener listos todos los componentes asociados y una cadena de suministro eficiente”, advierte, señalando que los desafíos técnicos y los costos han sido factores críticos en este proceso.
Hofer agrega que parte del retraso en la adopción de esta tecnología se debe a que las grandes empresas están satisfechas con el rendimiento de las plantas tradicionales y son reacias a invertir en alternativas. “Es el dilema del innovador”, reflexiona. “Para que esta tecnología se popularice, se necesita una influencia externa”.
Oportunidades Futuras
La inminente inversión de 7 billones de dólares en centros de datos a nivel mundial para 2030 podría abrir un nuevo mercado, especialmente para una industria que compite por obtener la mayor cantidad de energía posible para destacar en la carrera de la inteligencia artificial. “Hay una gran disposición a pagar por la energía, pero enfrentan problemas de suministro”, sostiene Shuham. “Nuestro objetivo es modernizar sus sistemas actuales y permitirles construir más centros de datos o eliminar algunas de las turbinas de gas existentes”.
A principios de este año, China inició operaciones en la primera planta geotérmica del mundo que utiliza CO2 supercrítico. Carlson, a lo largo de su carrera, ha trabajado en aplicaciones de CO2 en energía nuclear, geotérmica y solar. Tanto él como Shuham creen que sus unidades podrían adaptarse para funcionar con reactores modulares pequeños, una tecnología que ha recibido apoyo significativo de la administración anterior. La empresa ya ha firmado un acuerdo inicial con una compañía, aunque no se ha revelado su identidad, y también tiene la capacidad de operar con otras fuentes de calor. “Solo necesitamos calentar algo y podemos convertir eso en electricidad”, concluye Carlson.
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