Durante décadas, la industria solar de concentración descartó los gases como fluidos de transferencia de calor por ineficientes. La respuesta del sector fue pasarse al extremo opuesto: CO₂ supercrítico a 200 bar, que funciona, pero exige compresores industriales, paredes de acero gruesas y medidas de seguridad que disparan los costes.
Nadie preguntó si el problema era el gas o el receptor por el que se le obligaba a circular —siempre diseñado para líquidos.
Ahora una investigadora de la UNED sostiene que la pregunta correcta llevaba décadas sin hacerse, y que la respuesta altera lo que el sector daba por resuelto.
El gas siempre fue el sospechoso equivocado
Los primeros sistemas que probaron gases en receptores solares usaban aire a presión atmosférica en receptores volumétricos. Técnicamente funcionaban, pero la baja densidad del aire exigía un bombeo tan intenso que las pérdidas de energía anulaban cualquier ventaja. El sector lo interpretó como un fracaso del gas, no del diseño.
La respuesta fue saltar al extremo contrario: CO₂ supercrítico a unos 200 bar, con propiedades casi líquidas que permiten una transferencia de calor eficiente. Ese salto arrastra compresores industriales, paredes de acero de gran espesor y protocolos de seguridad que encarecen el sistema hasta hacerlo difícil de justificar económicamente.
Entre ambos extremos —presión atmosférica y 200 bar— quedó un rango intermedio, entre 5 y 30 bar, que nadie exploró con seriedad. No era un límite físico: era un sesgo de diseño. Todos los receptores estaban concebidos para fluidos densos, y nadie se había preguntado qué pasaría si el receptor se diseñara desde cero para un gas.
La pista que dejó un Nobel: del fracaso en cilindroparabólicos a la oportunidad en Fresnel
María José Montes, profesora de la UNED, no llegó a esta pregunta por accidente. Al inicio de su carrera, trabajando en CIEMAT, participó en un proyecto dirigido por el Premio Nobel Carlo Rubbia en el que se construyó un prototipo de bucle con gas presurizado para colectores cilindroparabólicos en la Plataforma Solar de Almería.
El sistema funcionó, pero sin ventajas competitivas claras. Los tubos absorbedores estaban diseñados para líquidos y no transferían calor con la misma eficacia cuando el fluido era un gas. Aparecieron además fugas en las juntas rotatorias que conectan los receptores móviles con las tuberías fijas —un problema estructural inherente al diseño de colector parabólico.
La configuración Fresnel lineal elimina ese problema de raíz. En este tipo de sistema, tanto el receptor como las tuberías son estacionarios: los espejos en el suelo siguen el sol, pero nada en el receptor se mueve. Sin juntas rotatorias, no hay riesgo de fugas. Un detalle geométrico que, en la práctica, cambiaba todas las condiciones del experimento anterior.
Un receptor que por fin habla el idioma del gas
El equipo de Montes diseñó un absorbedor compacto con un núcleo aleteado fabricado en aleación CuCrZr, un material de cobre empleado en aplicaciones industriales de alto rendimiento por su conductividad térmica y su resistencia mecánica. No es un receptor convencional adaptado: es una geometría pensada desde el principio para que un gas circule por ella de forma eficiente.
Los canales internos del absorbedor multiplican la superficie de transferencia de calor disponible. Esto resulta clave porque los gases tienen coeficientes convectivos inherentemente más bajos que los líquidos; compensar esa limitación requiere más superficie, no más presión.
El diseño se modeló sobre un módulo Fresnel comercial de Solatom. Se evaluaron variaciones de presión de entrada entre 5 y 30 bar, entre dos y cuatro filas de canales internos, distintas anchuras del absorbedor y tres gases candidatos: nitrógeno (N₂), helio (He) y CO₂.
CO₂ a presión moderada: el punto exacto que nadie buscó
Los resultados del modelado mostraron algo que no estaba previsto: los tres gases ofrecieron un calor útil y una eficiencia energética comparables. Las diferencias aparecieron en las pérdidas de presión y en la potencia necesaria para el soplante. A presiones equivalentes, el CO₂ logró la mayor eficiencia exergética y requirió el menor consumo de bombeo.
Las mejoras se estabilizan entre 10 y 15 bar. Por encima de ese umbral, las ganancias en transferencia de calor quedan compensadas por el mayor trabajo de compresión y la eficiencia deja de crecer. Ese rango coincide con el de muchas aplicaciones industriales de vapor, que operan habitualmente entre 8 y 9 bar.
Los resultados, publicados en Applied Thermal Engineering, se confirmaron también para sistemas de receptor central tipo torre, lo que sugiere que el hallazgo no es exclusivo de la configuración Fresnel.
Calor industrial: el terreno donde Fresnel puede ganar la partida
A medida que las redes eléctricas incorporan más energía renovable, el foco de interés en la solar de concentración se desplaza hacia el calor de proceso industrial. En el rango de baja y media temperatura, suministrar calor solar directamente puede resultar más barato que generar electricidad renovable y luego convertirla en calor.
Los sistemas Fresnel encajan bien en este nicho. Su diseño compacto, su menor coste de capital y su integración más sencilla los hacen más competitivos que las torres para aplicaciones industriales que no requieren temperaturas extremas. Los gases presurizados suman ventajas propias: no son corrosivos, no son tóxicos y se mantienen estables en amplios rangos de temperatura. Combinados con un receptor optimizado para su comportamiento, permiten reducir el área absorbedora y minimizar las pérdidas térmicas, achicando en consecuencia el tamaño del campo solar necesario.
Del laboratorio al sol: la validación que decidirá el futuro
Las pruebas a escala de laboratorio ya se han completado en IMDEA-Energy, dentro del proyecto ACES4NET0, financiado por la Comunidad de Madrid a través del programa Tecnologías 2024. Los resultados respaldan el modelo, pero la prueba definitiva aún está por llegar.
El siguiente paso es la validación en condiciones reales de operación solar, sustituyendo el receptor convencional de tubo de vidrio de un bucle Fresnel por el nuevo absorbedor compacto con CO₂ presurizado. Es el salto del modelo al sol, y es donde se verá si el comportamiento predicho se sostiene bajo irradiación real y ciclos térmicos continuos.
La industria ya muestra interés en la tecnología. El camino apunta hacia proyectos de demostración a escala nacional o europea, y si la validación on-sun confirma los resultados del modelo, décadas de descarte podrían convertirse en el punto de partida de una vía de calor solar industrial que nadie había terminado de explorar.