La fabricación aditiva es clave para el futuro de la energía

30 de septiembre de 2022 | Tiempo de lectura: 3 min

En una edición especial de tres partes del podcast Additive Snack de EOS, nos sumergimos en el papel que desempeñarán las tecnologías de fabricación aditiva en el futuro de avances más potentes, eficientes y sostenibles en el campo de la energía.

Las mejoras de la fabricación aditiva apuntan hacia una sostenibilidad energética fiable

Las emisiones de dióxido de carbono (CO2) y de otros gases de efecto invernadero (GEI) son más elevadas que nunca debido a la creciente demanda de energía de la sociedad. Pero aún no es factible abandonar los combustibles fósiles y pasar instantáneamente a las energías renovables. La fabricación aditiva se presenta como una tecnología con el potencial de acelerar el desarrollo y la implantación de soluciones energéticas innovadoras para avanzar hacia un futuro sin emisiones de carbono.

Aunque la energía sostenible no pueda sustituir inmediatamente a los combustibles fósiles, está llena de avances notables, que reducen la dependencia de los combustibles fósiles y contribuyen a sentar las bases de un mundo menos "carbonizado". Estos avances abarcan desde las turbinas eólicas de última generación y la tecnología de captura de carbono hasta el aprovechamiento de la fusión nuclear como energía limpia.

Para la miniserie de podcasts sobre el futuro de la energía, hablamos con expertos de distintos sectores de la industria, todos ellos entusiasmados con la contribución de la fabricación aditiva a la energía verde. En pocas palabras, ha sido una de las series de conversaciones más interesantes que hemos tenido el placer de organizar. Siga leyendo para conocer los temas principales de cada episodio.

Un enfoque aditivo de la sostenibilidad en el gas natural

En la primera parte, hablamos con Quan Lac, Vicepresidente de Fabricación Aditiva de Siemens Energy, y Pierre Forêt, Director de Fabricación Aditiva de Linde. Tanto Forêt como Lac se dieron cuenta de que el hidrógeno es una de las fuentes de energía potencialmente más rentables. Las turbinas alimentadas con gas natural convencional pueden convertirse para funcionar parcial o totalmente con hidrógeno, y ambas son mucho más eficientes que el gas quemado con carbón o el petróleo de esquisto.

La dificultad de aislar el hidrógeno gaseoso en grandes cantidades es uno de los principales obstáculos para su uso generalizado: Los electrolizadores lo separan del agua, tras lo cual se comprime y se envía a una turbina que necesite combustible (o se almacena para su uso posterior). Pero el mayor electrolizador de la historia -una máquina que Forêt conoce bien, ya que su equipo la está construyendo- tiene un umbral máximo de electricidad de 24 megavatios. Baste decir que esa potencia no es suficiente para electrolizar hidrógeno y suministrar calor o electricidad (o ambos) a gran escala comercial y residencial. Como era de esperar, estos esfuerzos no son nada baratos, lo que no hace sino agravar el reto de convertir el hidrógeno en una fuente de energía verde de uso generalizado.

Tanto Lac como Forêt utilizan la fabricación aditiva en diversos proyectos de hidrogenación. En Siemens Energy, Lac y su equipo han impreso en 3D conjuntos de quemadores, remolinos de combustión, conductos y otras piezas que enfrían el aire y mezclan el combustible más rápidamente, lo que permite que las turbinas de gas funcionen más calientes (y, por tanto, más eficientemente). También están diseñando un prototipo de sistema integrado de energía verde para una fábrica abandonada.

Mientras tanto, Forêt y sus colegas de Linde utilizan la fabricación aditiva para diseñar piezas con geometrías complejas simplemente imposibles mediante la fabricación convencional, lo que es especialmente importante para los dispositivos de gestión térmica, como intercambiadores de calor, toberas y conectores. Forêt señaló que el hidrógeno no es la solución energética limpia definitiva, pero afirma que será crucial para la descarbonización en numerosas aplicaciones, desde la siderurgia hasta la fabricación de aviones.

Fabricación responsable de turbinas eólicas y captura de carbono

Jeremy Haight, ingeniero principal y especialista principal en fabricación aditiva y conceptos avanzados del fabricante de aerogeneradores Vestas, explicó a Additive Snack que su empresa empezó a utilizar la AM para sustituir piezas a pequeña escala. Con el tiempo, su equipo llegó a un punto en el que las grandes escaseces en la cadena de suministro (por ejemplo, las derivadas de la pandemia COVID-19) no ralentizaron significativamente el proceso de fabricación de Vestas. Vestas está aplicando la fusión de lecho de polvo láser (LPBF) y otras tecnologías aditivas para crear componentes de transmisión y generación de electricidad, entre otras piezas. Haight afirmó que, dado que la fabricación aditiva permite la integración vertical y el inventario digitalizado, reduce los costes de construcción e impulsa los esfuerzos de sostenibilidad al reducir la producción de carbono.

Stefan McClelland, ingeniero mecánico jefe de ReCarbon, no se centra en evitar las emisiones de gases de efecto invernadero, sino en atraparlas (sobre todo CO2 y metano) y transformarlas en combustible limpio a base de hidrógeno. Dado que el gas resultante se quema a una temperatura tan alta (2.000 grados Celsius/3.632 Fahrenheit), sólo mediante la fabricación aditiva puede ReCarbon crear eficazmente sus "paletas de emisión" patentadas y otras piezas clave. Las complejas geometrías de los componentes que sólo permite la AM permiten a los sistemas de ReCarbon dirigir el flujo de gases durante la conversión de GEI sin sufrir daños relacionados con el calor. McClelland declaró que, aunque ReCarbon aún no estaba lista para su comercialización, estaba satisfecho con el estado de sus prototipos, y dijo sin rodeos que "sin la fabricación aditiva, estaríamos muertos en el agua".

El sueño de la energía de fusión se acerca a la realidad

Poco a poco, la energía sostenible basada en la fusión está dejando de ser un sueño imposible para convertirse en una realidad potencial, con la ayuda de la fabricación aditiva. Para la gala final del Futuro de la Energía, era lógico contar con invitados que trabajan por ese objetivo: Jim McNeil, director de marketing de TAE, y Vincent Pilard, ingeniero mecánico y de producto.

A diferencia de lo que ocurre con el hidrógeno gaseoso, la realización de la fusión a gran escala y la mitigación de los riesgos de radiactividad siempre han frenado el progreso. Las temperaturas en el interior del Sol, donde se produce la fusión nuclear cada día, alcanzan los 15 millones de grados Celsius (27 millones de Fahrenheit). Como explicó Pilard, para reproducir prácticamente la fusión en la Tierra harían falta temperaturas de entre 100 millones y 1.000 millones de grados centígrados. TAE utiliza una tecnología propia llamada configuración de campo inverso, que confina el plasma dentro de campos magnéticos. Actualmente alcanza un máximo de 75 millones.

Ninguno de los representantes de TAE restó importancia a lo compleja que será la fusión nuclear comercial. Pero Pilard explicó que la fabricación aditiva ya ha repercutido positivamente en sus esfuerzos y seguirá haciéndolo, como en el caso de las tecnologías de refrigeración activa: TAE ha rediseñado por completo un componente de refrigeración conocido como "beam dump", haciéndolo más ligero, flexible y con mayor capacidad de refrigeración. Esto reduce el uso de material e impulsa la optimización de la cadena de suministro. McNeil añadió que lo que TAE ha hecho hasta ahora -a pesar de estar a varias generaciones de distancia de la fusión pura- ejemplifica perfectamente lo lejos que ha llegado la fabricación aditiva en sus 40 años de historia.

Manténgase concentrado en AM con Additive Snack

Estos temas energéticos eran innegablemente complejos, y los resúmenes anteriores sólo muestran algunos de los puntos más tentadores de cada episodio. Para conocer las historias completas, así como las conversaciones periódicas sobre aplicaciones y avances en la fabricación aditiva, siga sintonizando Additive Snack, disponible en las principales plataformas de podcast.