Escenarios para una nueva «era del hierro»: el hierro complementa al hidrógeno como fuente de energía

Ya sea energía eólica de regiones costeras o energía solar de zonas desérticas, el hierro podría servir en el futuro como vector energético transportable para hacer que estas energías renovables sean aprovechables en todo el mundo. «Esto funciona en un ciclo sin emisiones de dióxido de carbono ni sustancias nocivas para el medio ambiente», afirma Julia Schuler, del Instituto de Gestión Industrial y Producción Industrial (IIP) del KIT. Para generar energía, se quema polvo de hierro. Lo que queda es óxido de hierro, es decir, óxido. A continuación, este se reduce de nuevo a hierro con ayuda de hidrógeno renovable, proceso en el que se elimina el oxígeno que contiene. El polvo de hierro es apto para su reutilización. «El polvo de hierro se comporta en la combustión de forma muy similar al carbón. Por eso, en la investigación surge la pregunta de si las centrales térmicas de carbón existentes pueden adaptarse para funcionar con hierro», explica Schuler. Sería necesario realizar ajustes sobre todo en el generador de calor, mientras que otros componentes de la central, como el circuito de vapor, las turbinas, el generador y la conexión a la red, podrían seguir utilizándose en este concepto.

El ciclo del hierro complementa la economía del hidrógeno

Partiendo de los conocimientos obtenidos en el proyecto de investigación «Clean Circles» sobre el ciclo del hierro, científicos del KIT han estudiado ahora, en un estudio financiado por la Fundación para la Investigación Energética de Baden-Württemberg, cómo se puede utilizar el ciclo del hierro para la generación de electricidad en un sistema energético europeo climáticamente neutro. Para ello, ampliaron un modelo de sistema energético ya consolidado (PERSEUS) para incluir la opción de reconversión de las centrales térmicas de carbón, así como instalaciones de reducción y vías de almacenamiento y transporte. A continuación, con ayuda del modelo ampliado, optimizaron el desarrollo del sistema energético europeo hasta 2050. En este contexto, el ciclo del hierro compitió con otras tecnologías, como las baterías, los sistemas de almacenamiento de hidrógeno y las centrales eléctricas de hidrógeno.

Los resultados muestran que el hierro no sustituye a la generación de electricidad basada en el hidrógeno, pero puede complementarla de forma útil en un sistema energético climáticamente neutro. El hierro ofrece ventajas, sobre todo como almacenamiento a largo plazo. El polvo se puede almacenar y transportar con relativa facilidad, mientras que el uso del hidrógeno requiere una compleja red de gasoductos, terminales de importación y almacenes subterráneos. Con el polvo de hierro, la energía renovable también podría transportarse a escala mundial con un menor esfuerzo en materia de infraestructuras. Al mismo tiempo, las plantas de reducción locales podrían convertir los excedentes de electricidad en Europa, mediante la etapa intermedia de la producción de hidrógeno, en polvo de hierro como vector energético almacenable.

En las simulaciones, las centrales eléctricas alimentadas con polvo de hierro resultaron especialmente atractivas en países con posibilidades limitadas de aprovechar la energía hidroeléctrica o de almacenar hidrógeno subterráneamente. En esas regiones, el hierro puede contribuir a cubrir las carencias de suministro durante períodos prolongados de baja generación de electricidad procedente de instalaciones eólicas y solares. Al mismo tiempo, alivia la presión sobre la infraestructura de hidrógeno, por ejemplo, cuando las capacidades de importación o las tuberías de transporte alcanzan sus límites. Debido a sus numerosas centrales de carbón, el potencial también es especialmente elevado en Alemania. Las turbinas, las conexiones a la red, las redes de calefacción y otras partes de la infraestructura podrían conservarse.

Reducir costes con el ciclo del hierro

Los investigadores consideraron una señal alentadora para el desarrollo de la tecnología el hecho de que, en todos los escenarios analizados, las centrales eléctricas alimentadas con polvo de hierro formaran parte de un sistema energético de coste mínimo. «En el futuro, el hierro podría desempeñar un papel específico, pero económicamente viable, a la hora de alcanzar la neutralidad climática y garantizar la disponibilidad fiable de las energías renovables», afirma Schuler. Que realmente se inicie una nueva «edad del hierro» dependerá en gran medida de lo costosa que resulte la reconversión de las centrales eléctricas existentes y de la eficiencia con la que se pueda reducir el óxido de hierro a hierro en el futuro.