La primera entrega de Gigantes de la Ciencia nos lleva al desierto de Tabernas en Almería, donde se encuentra uno de los más importantes centros de energía solar de concentración del mundo

Espejos de Arquímedes por Giulio Parigi

Es el año 216 antes de nuestra era. Una flota romana asedia la ciudad de Siracusa, pero allí vive un anciano inventor de 70 años llamado Arquímedes. Usando escudos pulidos para concentrar los rayos del sol, Arquímedes hace arder a los barcos romanos.

No sabemos si la historia es cierta, pero la idea ha llegado hasta nuestros días y para comprobarlo tenemos que viajar a otro lugar del Mediterráneo. Bienvenidos a la plataforma solar de Almería.

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La Plataforma Solar de Almería es un centro de investigación de tecnologías solares de concentración. Depende del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, el CIEMAT. La plataforma solar está situada en el desierto de Tabernas, en la provincia de Almería. Julián Blanco, doctor en ingeniería y director de la Plataforma Solar de Almería, nos cuenta su historia:

Julian Blanco, Director de la Plataforma Solar de Almería (CIEMAT)

“Todo esto surge a raíz de la crisis del petróleo del 75 que Naciones Unidas crea la Agencia Internacional de Energía. La idea que tiene en un principio es intentar rescatar la energía solar. Entre las opciones de energía solar había una, la energía solar de concentración, que surgió por primera vez al final de la segunda mitad del siglo XIX. En la exposición de París, donde se presentó y se construyó la Torre Eiffel, había algunos inventores que presentaron prototipos o algunos artilugios que concentraban la radiación solar mediante un disco parabólico, y producían vapor. Había un montón de patentes al final del siglo XIX. Una de ellas era lo que ahora se conoce como un captador de cilindro parabólico”.

Proyecto de Shuman en El Cairo

En un espejo parabólico, todos los rayos que llegan en paralelo se concentran en un solo punto focal. En 1911, el inventor estadounidense Frank Schuman construyó en El Cairo la primera central térmica con concentradores parabólicos, donde se usaban para producir vapor con el calor del sol.

“Aquello funcionó muy bien durante diez años, incluso se amplió”, cuenta Julián Blanco, “pero el problema es que precisamente en aquellos años se descubrió petróleo en toda la zona y que era mucho más efectivo, más barato y mucho más abundante, y se descartó la idea. La Agencia Nacional de Energía en el 74 rescata esta idea para construir en algún sitio del planeta por un centro para ver el potencial real que tiene esta tecnología para producir energía y producir electricidad. Eso se decidió en una reunión que tuvo lugar en Washington el año 75, y allí había un español que era muy entusiasta de la idea y pensaba que había que ver la forma de traer esto a España”.

El proyecto también contó con el apoyo del Instituto Max Planck en Alemania, que en aquella época estaba construyendo muy cerca el Observatorio Astronómico de Calar Alto. Según Julián Blanco, “el razonamiento es pensar que si esta ubicación es buena para ver las estrellas de noche, tiene que ser buena para utilizar el sol de día. En una reunión que tuvo lugar en el año 77, España fue el único país que aportó documentación técnica validando y ofreciendo un emplazamiento. Como no había alternativa, se decidió por España. Hubo once países que aportaron financiación y personal para llevar a cabo el primer proyecto que se llamó SSPS (Smart Solar Power System), que fue una pequeña parte de lo que hoy es la plataforma solar. Era un pequeño sistema cilindro parabólico, una pequeña torre de medio megavatio, cada una de ellas con una turbina. Se empezó a construir en el 78 y el 21 de septiembre del año 81 se inaugura el proyecto.

Captadores de cilindro parabolico

En la plataforma solar de Almería podemos encontrar casi dos kilómetros de espejos parabólicos con una tubería en su punto focal donde se concentra el calor. Por esta tubería circula un fluido que se calienta por la radiación solar concentrada. La plataforma es pequeña en comparación con plantas comerciales de concentración solar, que pueden tener alrededor de 80 kilómetros de tuberías.

Pero el sistema más espectacular son los heliostatos, campos de espejos planos que concentran los rayos del sol en un solo punto en lo alto de una torre. “Ahí podemos llegar a temperaturas mucho mayores”, comenta Blanco. “En el caso de los espejos parabólicos, la temperatura nominal es del orden de 400 grados, pero aquí podemos llegar incluso a 1.000”.

Heliostatos

Estas temperaturas tan altas son suficientes para fundir sales, y precisamente las sales son la gran ventaja de estas instalaciones porque permiten almacenar energía. En concreto, en las torres se emplea un compuesto de dos sales que a partir de 221 grados se funden. Este fluido, mediante un intercambiador de calor, produce el vapor y genera electricidad. “La gran ventaja que tiene esta tecnología es que lleva asociado un sistema de almacenamiento térmico”, explica Blanco. “Tenemos un diseño del campo solar que permite que una parte de la energía vaya directamente durante el día a la turbina para producir electricidad, pero otra parte va al almacenamiento térmico, de manera que cuando es de noche o hay algún tipo de incidencia por nubes, la planta puede coger energía de ese almacenamiento térmico. Una vez que no tenemos sol por la tarde, la planta puede seguir funcionando entre siete y ocho horas a potencia nominal entregando electricidad. Las plantas de torre tienen un almacenamiento de entre las nueve y once horas, y eso hace que esta tecnología pueda perfectamente reemplazar el papel que ahora tienen la energía nuclear, el carbón, y las plantas de gas de ciclo combinado”.

En los años 80, el precio del petróleo bajó y muchas instalaciones solares de concentración en el mundo se abandonaron. Pero la suerte (y un par de desgracias) salvaron a la Plataforma de Tabernas. “Todos los países se marcharon de aquí”, recuerda Julián Blanco. “Se entregó la instalación a España. Los dos proyectos, el nacional e internacional, se unificaron y fue cuando se creó la Plataforma solar y se transfirió al CIEMAT para su gestión. La plataforma solar no se cerró por dos accidentes. Uno de ellos fue el accidente Chernobyl, que hizo que los alemanes, que estaban muy involucrados, lo reconsideraran y decidieran quedarse aquí y seguir con el proyecto”.

Campo de heliostatos y torre principal de la plataforma solar

“Poco después hubo un accidente en la Torre. En su momento se decidió como fluido de trabajo el sodio fundido y, a pesar de que había unos protocolos muy estrictos en un proceso de reparación de una válvula, hubo un accidente, un incendio. El sodio es muy reactivo. Los bomberos vinieron, a pesar de que se había advertido, con agua que no se puede utilizar. Durante varios días estuvo ardiendo todo el sodio y se destruyó casi la mitad de la instalación. Pero ocurrió que había un seguro que lo cubrió, fueron varios cientos de millones de pesetas de la época. Ese dinero se utilizó para decidir no cerrar. En el año 87 España se incorpora a la Unión Europea. Eso permitía solicitar proyectos, el plan se consiguió aprobar y el proyecto empezó a partir del 1 de enero del 90. Fue la razón por la cual yo me incorporé a la plataforma el 2 de enero del 90”.

La energía de concentración solar no sólo es rentable, sino que puede ayudar a otros muchos procesos como la desalación de agua del mar o la producción de combustible a partir del CO2 del aire. De esta forma, las emisiones totales serían cero.

“Cualquier planta de energías renovables difiere notablemente de una planta convencional que utiliza un combustible, en el sentido de que la inversión inicial es mucho más alta, pero luego sus gastos de operación son notablemente más bajos porque no tienes el coste del combustible. Y en el caso de la planta termosolar se ha demostrado que perfectamente pueden durar 30 o 35 años”, aclara Blanco. “Por ejemplo, para producir hidrógeno, o en el tratamiento de aguas, para la desalación de agua de mar, hay una serie de aplicaciones en los cuales esta tecnología, combinándola con la producción de electricidad, puede ser muy interesante”.

“Una de ellas es el tema de la producción de combustibles solares. La ventaja que tenemos nosotros es que con la energía solar podemos conseguir prácticamente la temperatura que queramos. Aquí tenemos sistemas en los cuales podemos llegar hasta, por ejemplo, hasta 3.500 grados. No hay ninguna tecnología que permita llegar a esa temperatura. Hay determinados procesos y reacciones termoquímicas que tienen lugar aunas temperaturas por encima de mil grados que no se pueden alcanzar con otros sistemas. Así podemos coger el vapor de agua del aire y el CO2 del aire, y la reacción de agua, más CO2, más energía solar concentrada a determinada temperatura te proporciona hidrógeno y gas de síntesis. A partir de ahí, mediante un proceso que tiene 100 años, que se llama de Fischer-Tropsch, se puede producir combustible convencional”.

Los hornos solares de la PSA

La plataforma dispone de dos hornos solares, donde por medio de estos espejos se pueden alcanzar hasta 3.500 grados en un punto en cuestión de segundos, suficiente para perforar una placa de hierro. Son las condiciones perfectas para probar la resistencia de materiales.

Perforando una placa de metal en el horno solar

“Cuando se estaba diseñando la Estación Espacial internacional, Europa quería desarrollar su propio transbordador para ir a la instalación. Ese vehículo se llamó Hermes. El Columbia, el vehículo americano, tenía unas losetas térmicas que eran las que cubrían todas las partes críticas de la nave, de forma que lo protegiese en la reentrada, que es el momento en el que más sufre y más se calienta. Pues ellos querían que todo el vehículo fuese de un material que soportara la reentrada, y querían ensayar la reentrada para garantizar que eso funcionaba”.

“Necesitaban un sitio donde pudiesen conseguir en muy poco tiempo, en cuestión de segundos, saltos térmicos de más de mil grados. Además, con solicitación mecánica. Entonces hicieron toda una serie de ensayos. Al principio se rompían todos, pero al final consiguieron el material. Pero lo que ocurrió es que, justo en ese momento, el año 90, cayó el muro de Berlín. Los americanos y los rusos llegaron a un acuerdo para para cooperar y se llegó a la conclusión de que no hacía falta el trasbordador europeo”.

Pero la gran promesa de la energía de concentración solar es el apoyo a las energías eólica y fotovoltaica, donde según Blanco puede tener un papel fundamental como sustituto de otras fuentes basadas en combustibles fósiles o nucleares: “Esta tecnología debido a que tiene almacenamiento y se puede comportar como una central convencional entra en el escenario de descarbonización total para el año 2050, que es el objetivo de la Comisión Europea. Además, parece claro que en España se va abandonar la energía nuclear. De aquí unos años las energías renovables van a ir creciendo mucho, principalmente fotovoltaica y eólica. Son las más baratas y las que más están creciendo, pero tienen unas características muy particulares y es que son no gestionables. La energía eólica produce energía cuando hace viento. En un día en calma no produce. La energía fotovoltaica produce de día, principalmente alrededor del mediodía solar. Pero tenemos que garantizar que a lo mejor a las diez de la noche y sin viento, si alguien quiere encender la luz tenga luz. Necesitamos potencia firme, potencia de base. Y aquí es donde puede entrar la energía termosolar”.

La energía termosolar necesita espacio y sol, algo que Almería tiene en abundancia y que, junto con el trabajo de sus investigadores, convierte a esta infraestructura científica y técnica singular en una de las más importantes del mundo.