Durante décadas, los gases fueron descartados como fluidos de transferencia térmica en sistemas solares: demasiado ineficientes, demasiado costosos de bombear. Cuando la investigación volvió a fijarse en ellos, saltó al extremo opuesto —CO₂ supercrítico a 200 bar, con compresores industriales y paredes gruesas que disparaban los costes.
Entre ambos fracasos quedó un territorio que nadie había explorado en serio. Un equipo español decidió abordarlo desde un ángulo distinto: en lugar de mejorar el gas, rediseñaron por completo el receptor que lo recibe. Lo que encontraron contradice lo que durante años se dio por sentado.
El gas que nadie quería: dos fracasos y un vacío
Los primeros sistemas solares que probaron aire a presión atmosférica en receptores volumétricos demostraron que la idea era técnicamente viable. El problema era otro: mover un gas de baja densidad consumía tanta energía de bombeo que la eficiencia global del sistema quedaba comprometida. El resultado no justificaba la complejidad.
La respuesta de la comunidad investigadora fue ir al extremo contrario. El CO₂ supercrítico, a presiones de aproximadamente 200 bar, se comporta casi como un líquido y transfiere calor con mucha mayor eficacia. Pero exige compresores potentes, paredes extraordinariamente gruesas y medidas de seguridad estrictas —y los costes de capital se disparan.
Entre esos dos extremos quedó un rango de presión intermedia —entre 5 y 30 bar— que prácticamente nadie exploró durante décadas. No por falta de interés teórico, sino porque el campo había aprendido a esquivarlo. Era un punto ciego que persistió sin que nadie lo cuestionara en serio.
La apuesta contraintuitiva: cambiar el receptor, no el fluido
María José Montes, profesora de la Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED) y beneficiaria de la Beca Leonardo de la Fundación BBVA 2024, propuso invertir el enfoque habitual. En lugar de buscar un gas con mejores propiedades, su equipo se preguntó qué pasaría si se diseñara un receptor optimizado específicamente para trabajar con gas.
La idea tiene raíces concretas. Al inicio de su carrera, trabajando en CIEMAT en un proyecto liderado por el Nobel Carlo Rubbia, Montes participó en la construcción de un prototipo de bucle de gas presurizado en la Plataforma Solar de Almería, con colectores cilindroparabólicos. El sistema funcionó, pero los tubos absorbedores estaban diseñados para líquidos y no se enfriaban con la misma eficacia con gas. Se detectaron además fugas en las juntas rotativas que conectan los receptores con las tuberías fijas.
La tecnología Fresnel elimina ese problema de raíz. Tanto el receptor como las tuberías son estacionarios —no hay juntas rotativas y, por tanto, no hay riesgo de fugas de gas. Ese detalle constructivo abrió una puerta que en los colectores cilindroparabólicos permanecía cerrada.
El equipo diseñó un receptor compacto fabricado en aleación de cobre CuCrZr, material habitual en aplicaciones industriales de alto rendimiento por su conductividad térmica y resistencia mecánica. Su núcleo aleteado con canales internos multiplica la superficie de transferencia térmica, compensando los menores coeficientes convectivos propios de los fluidos gaseosos.
Los números que sorprendieron: un punto dulce a 10–15 bar
Para evaluar el diseño, el equipo utilizó un módulo Fresnel comercial de la empresa Solatom y modelizó el comportamiento de tres gases —N₂, He y CO₂— a presiones de entrada entre 5 y 30 bar, variando también la geometría interna del absorbedor.
Los resultados mostraron que los tres gases ofrecían calor útil y eficiencia energética comparables. El CO₂, sin embargo, destacó con la mayor eficiencia exergética y el menor consumo del soplador a presiones equivalentes.
El hallazgo más relevante fue el comportamiento según la presión. Aumentar la presión mejoraba la transferencia térmica hasta aproximadamente 10–15 bar; a partir de ese umbral, las mejoras se estancaban porque las ganancias en transferencia quedaban compensadas por el mayor trabajo de compresión necesario. Ese rango coincide precisamente con las presiones de vapor que demandan muchos procesos industriales, habitualmente entre 8 y 9 bar. Resultados similares se confirmaron para sistemas de receptor central en generación eléctrica, según publicación en Applied Thermal Engineering.
Por qué la industria debería prestar atención
Las ventajas prácticas de los gases presurizados van más allá de los números del modelo. Son no corrosivos, no tóxicos y térmicamente estables en amplios rangos de temperatura —características decisivas para entornos industriales donde la seguridad y el mantenimiento tienen un peso considerable.
La geometría optimizada del nuevo receptor permite, según los resultados del estudio, mayor capacidad de producción térmica con menor área de absorbedor, menores pérdidas térmicas y campos solares más pequeños. Todo ello apunta a una posible reducción de costes de capital respecto a las soluciones actuales.
Hay además un argumento económico de fondo. Suministrar calor solar directamente a procesos industriales resulta más barato que generarlo mediante electricidad, especialmente en el rango de temperatura bajo y medio que demanda gran parte de la industria. A medida que las redes eléctricas incorporan más renovables, el calor solar industrial se convierte en una de las vías más relevantes para la descarbonización.
Del laboratorio al sol: lo que falta por demostrar
El equipo ya ha completado pruebas a escala de laboratorio en IMDEA-Energy, dentro del proyecto ACES4NET0, financiado por la Comunidad de Madrid. Es un paso necesario, pero todavía queda la prueba más exigente.
La siguiente fase es la validación en condiciones reales de operación solar, en un bucle Fresnel adaptado para funcionar con CO₂ presurizado. El receptor convencional de tubo de vidrio será sustituido por el nuevo absorbedor compacto. Solo entonces se sabrá si el comportamiento observado en los modelos se mantiene bajo el sol.
Varias empresas industriales ya han mostrado interés en el desarrollo. Si la validación experimental confirma los resultados del modelado, el camino hacia proyectos de demostración a escala nacional o europea quedará abierto. El gas que nadie quería podría acabar siendo una pieza central en la descarbonización del calor industrial.