La sostenibilidad en refrigeración

La sostenibilidad de las instalaciones de refrigeración se basa en tres principios, por este orden: refrigerantes naturales, integración con energías renovables y eficiencia energética, sin olvidar que lo más importante de todo es que, en refrigeración, como en otras aplicaciones críticas de la tecnología, cualquier innovación o mejora incremental no puede comprometer la fiabilidad del sistema.

Recientemente, a raíz de la crisis del gas natural, desencadenada por la guerra de Ucrania y las consecuentes sanciones al gas ruso, ha recobrado fuerza la carrera por las renovables. Concretamente, se ha establecido las bases de un nuevo modelo energético no dependiente de los combustibles fósiles y en la descentralización de la producción. La transición a este nuevo modelo implica, entre otras muchas cosas, rediseñar las instalaciones industriales para su hibridación con energías renovables de autoconsumo, y muy especialmente la energía fotovoltaica.

No obstante, la urgencia sigue siendo la reconversión del sector de la refrigeración a soluciones sostenibles, necesariamente basadas en refrigerantes naturales. Ya nadie duda de que “los refrigerantes sintéticos de nueva generación”, basados en hidrofluorolefinas o HFOs, serán poco más que refrigerantes de transición, aunque si bien, necesarios para la viabilidad técnica del parque de instalaciones preexistente. Es por ello que, cuando nos enfrentamos al diseño de una nueva instalación, deben ser los refrigerantes naturales el primer principio irrenunciable.

La mejora de eficiencia energética ha sido durante muchos años el principal motor del desarrollo tecnológico en refrigeración. La racionalización de los recursos, en ese caso la energía, es en sí mismo un noble propósito. Formalmente, lo que debe condicionar el diseño del sistema es la reducción del índice TEWI; es decir, el impacto total equivalente sobre el calentamiento atmosférico, y en particular, el impacto indirecto asociado al efecto invernadero de las emisiones de la producción de energía.

Este impacto indirecto es el que en un principio nos hacía dudar de los beneficios de los refrigerantes naturales cuando estos suponían una merma de la eficiencia energética. Por ejemplo, con el factor de emisiones de 2007, el incremento del consumo de un sistema de CO₂ transcrítico equivalía a un impacto del mismo orden que las fugas de refrigerante de un sistema de expansión directa de HFC. Pero esto ya no es el caso con los nuevos sistemas de CO₂ y los actuales factores de emisión, incluso inferiores a 0,1 kgCO₂/kWh.

Pero es sobre todo el ahorro económico en la factura de electricidad, debido al coste de la energía, el que ha motivado el interés de la industria por la eficiencia energética. Y esto ha sido así especialmente aquellos años de altos costes energéticos (2012… 2018, 2022). Sin embargo, la vuelta a precios industriales de la electricidad por debajo de los 0,15 €/kWh relega la eficiencia energética a un último lugar de importancia. Y más aún debería despreocuparnos, cuando el mercado mayorista de la electricidad cotiza a la baja en torno a los 0,05 €/kWh.

Evolución en España del precio industrial de la electricidad [€/kWh] y el factor de emisiones de CO₂ [kgCO₂/kWh].

El problema de acumulación de energía ha de resolverse, no solo a escala de red, sino también de forma distribuida, aguas abajo del contador. En poco más de un año hemos visto como el despliegue de instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo industrial ha llegado hasta tal punto que la red eléctrica es incapaz de absorber los excedentes de producción. En la práctica, ya no es posible obtener autorizaciones de vertido a red en una instalación de generación distribuida. Esto ha llevado a que, según APPA, cerca del 20% de la producción solar fotovoltaica de autoconsumo se pierda por la imposibilidad de verter a la red los excedentes de producción fotovoltaica, y la incapacidad de almacenarlos localmente.

En instalaciones frigoríficas, el aprovechamiento de estos excedentes de energía eléctrica, a coste cero, es posible, no solo mediante acumulación en baterías eléctricas, sino también mediante acumulación de energía térmica en forma de frío. La acumulación de energía térmica, como por ejemplo en bancos de hielo, presenta interesantes ventajas respecto de la acumulación eléctrica.

• El coste por kWh de acumulación es de un orden inferior.
• La vida útil de la acumulación térmica es mucho mayor.
• Las pérdidas diarias son inferiores, del orden del 1%.
• La acumulación térmica proporciona además inercia térmica al sistema, mayor fiabilidad y seguridad.

Grupo de producción de agua helada con acumulación de hielo. Fuente: Boreales Energy.

Es esta y no otra la manera de conseguir la completa descarbonización de la instalación frigorífica. De esta forma eliminamos el impacto indirecto sobre el calentamiento global de las emisiones de CO2 asociadas a la producción de energía eléctrica, pero es sin embargo más prioritario la reducción del impacto directo, asociado a las emisiones de gases de efecto invernadero.

Pero mucho más influyente y expeditivo que la amplia sensibilización corporativa, es el reglamento F-Gas en su última revisión del pasado mes de marzo. El reglamento establece nuevas prohibiciones para los HFC a partir de 2025, 2027 y 2030 e incluso introduce a partir de 2032 ciertas prohibiciones en determinadas aplicaciones, para el uso de cualquier gas fluorado, incluidos los HFOs.

En efecto, los HFOs o refrigerantes sintéticos de “nueva generación” se plantean como una solución transitoria, aunque en numerosos casos necesaria para permitir una suave transición a los refrigerantes naturales, y garantizar la viabilidad técnico-económica del parque de instalaciones existente.

Curiosamente, dentro de las distintas aplicaciones de la refrigeración, sólo el frío móvil sale indemne de la nueva tanda de prohibiciones, que a partir de 2023 queda como la única aplicación en la que se autorizará de forma indefinida —por ahora— el uso de HFC en nuevos equipos.

Más allá de las prohibiciones de uso de HFCs, está la paulatina reducción de las cuotas de importación de estos gases en la Unión Europea. La importante reducción en enero de 2024 ha elevado los precios del refrigerante, reviviendo la burbuja especulativa de 2018. Y la nueva reducción prevista para 2025 ha hecho repuntar aún más los precios en el ultimo tercio de este año.

En este escenario es indiscutible que la sostenibilidad a medio plazo de una instalación de refrigeración pasa por la utilización de refrigerantes naturales. Afortunadamente, los fabricantes de equipos disponen ya de una amplia gama de producto con refrigerantes naturales para cubrir casi todas las necesidades del sector.

Cinco son los refrigerantes naturales por excelencia:

• Aire (R729)
• Agua (R718)
• Amoniaco (R717)
• Propano (R290) y otros hidrocarburos.
• Dióxido de Carbono, (CO₂ o R744)

Por otra parte, el agua y las soluciones acuosas de glicol y salmuera son excelentes refrigerantes secundarios, o fluidos caloportadores, en sistemas indirectos de refrigeración, que son una excelente alternativa a la expansión directa de HFC.

Planta enfriadora MEGA de baja carga de amoniaco. Fuente: EOS.

Plantas enfriadoras de glicol de R290 con compresores semiherméticos y de tornillo. Fuente: Emicon.

Central frigorífica de CO₂ transcrítico Elba. Fuente: Enex Technologies.

El R744 o CO₂ es por excelencia el refrigerante elegido en sistemas centralizados de refrigeración comercial. Las inmejorables cualidades del R744 para la distribución de energía frigorífica en espacios públicos compensan ampliamente las ineficiencias del ciclo transcrítico. Las innovaciones en la tecnología de CO₂ transcrítico han estado orientadas precisamente a la mejora de la eficiencia. Y las últimas innovaciones, como el eyector de líquido, conjugan prestaciones y fiabilidad.

La integración de energías renovables es sin embargo responsabilidad casi exclusiva de las empresas instaladoras de refrigeración. La actual cadena de suministro ya provee los equipos y componentes necesarios para hibridar las instalaciones frigoríficas con energía solar fotovoltaica y acumulación de frío. Pero son las empresas instaladoras y de ingeniería las que deben necesariamente incorporar a su oferta de servicios las soluciones que desarrollen este concepto.