Sostenibilidad y eficiencias energética para las plantas térmicas del futuro

Un proyecto liderado por el CENIM-CSIC, en colaboración con tres centros de investigación españoles, investiga nuevas formas de producción más sostenibles para componentes estructurales de plantas térmicas

En un momento en el que la transición hacia una economía más limpia y eficiente se impone como objetivo global, un equipo de científicos españoles trabaja para mejorar el rendimiento de las centrales térmicas tradicionales, responsables aún de una parte significativa de la generación de electricidad a nivel mundial.

El proyecto DESIRED, liderado por el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM-CSIC) y con la participación del CIEMAT, la Universidad Carlos III de Madrid y el centro tecnológico AIMEN, investiga el uso de técnicas de fabricación aditiva para optimizar la producción de aceros ferrítico-martensíticos (concretamente el grado G91), materiales clave en los componentes estructurales de las centrales térmicas de ciclo ultra-supercrítico.

El objetivo es doble: incrementar la eficiencia de estas centrales —lo que se traduce en una reducción directa de las emisiones contaminantes por unidad de energía producida— y avanzar hacia procesos de fabricación más sostenibles, circulares y eficientes en el uso de recursos.

Materiales más resistentes, energía más limpia

En centrales térmicas donde se utilizan combustibles fósiles, un aumento del 1 % en la eficiencia energética puede suponer la reducción de 2,4 millones de toneladas de CO₂, además de miles de toneladas de óxidos de nitrógeno (NOx), dióxido de azufre (SO₂) y partículas contaminantes. Esta mejora depende, en gran medida, de que los materiales estructurales utilizados en calderas, turbinas o intercambiadores de calor soporten temperaturas y presiones cada vez más elevadas sin degradarse.

En este sentido, los aceros ferrítico-martensíticos 9Cr, ampliamente utilizados en las plantas más avanzadas, destacan por su resistencia térmica, su buena conductividad y su bajo coeficiente de expansión térmica. El trabajo que ahora emprende DESIRED explora cómo producir estos aceros mediante tecnologías de fabricación aditiva que permiten obtener formas complejas, aligerar peso, reducir residuos y consumir menos energía por pieza fabricada.

Fabricación aditiva y economía circular

El proyecto, financiado con fondos públicos, estudia tres tecnologías basadas en polvo metálico: Materials Extrusion (MEX), Laser Powder Bed Fusion (LPBF) y Laser Direct Energy Deposition (LDED). Estas técnicas permiten fabricar piezas directamente a partir de polvo metálico sin necesidad de moldes ni mecanizados complejos, lo que las convierte en una alternativa atractiva a los procesos tradicionales de colada y forja.

Además, DESIRED plantea una estrategia innovadora de sostenibilidad al emplear tres fuentes distintas de polvo metálico: una basada en la reutilización de muestras de desecho del propio acero G91, otra que mezcla polvos de grados comerciales para imitar su composición, y una tercera opción más convencional y costosa, basada en la atomización por gas de la aleación original. Esta triple vía permitirá evaluar qué opción ofrece mejores resultados tanto en comportamiento mecánico como en impacto ambiental.

Ensayos en miniatura para reducir el uso de material

Una de las claves del proyecto es también la eficiencia en la validación de resultados. Para ello, se emplearán muestras de ensayo mecánico miniaturizadas, una técnica validada por el equipo en investigaciones anteriores, que permite reducir la cantidad de material necesario en las pruebas sin comprometer la fiabilidad de los datos.

Un paso adelante en la transición energética

Aunque la expansión de las energías renovables y la energía nuclear avanza, los combustibles fósiles seguirán siendo fundamentales en la generación de energía en las próximas décadas. La Agencia Internacional de la Energía estima que aún existen reservas de carbón para unos 200 años y de petróleo y gas para un siglo.

Por eso, proyectos como DESIRED representan una apuesta estratégica para hacer más sostenibles las infraestructuras existentes, mejorando su eficiencia y reduciendo sus emisiones. En línea con los principios de la economía circular, el consorcio desarrollará también un análisis de ciclo de vida y de circularidad para las diferentes tecnologías y materiales utilizados.

El resultado final busca sentar las bases para una nueva generación de componentes metálicos de alto rendimiento y bajo impacto, fabricados en España, y capaces de contribuir a una transición energética más realista, gradual y eficaz.

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PIE DE FOTO:

*Energía primaria consumida a nivel mundial según fuente de generación desde 1950 [2]. Nota: la energía primaria se basa en el método de sustitución y se mide en teravatios-hora (TWh). En ausencia de datos recientes, los datos relativos a la biomasa tradicional se asumen constantes desde 2015.