Cómo contribuyen las aguas residuales a la transición energética

En False Creek, una comunidad costera de Vancouver, Canadá, la energía que se utiliza para calentar las casas procede de una fuente poco probable.

En lugar de una caldera, el agua caliente de cada edificio llega por tuberías subterráneas desde una planta de propiedad municipal, un sistema denominado calefacción urbana. Cada vez son más los municipios que incorporan esta estrategia a sus planes de reducción del consumo de combustibles fósiles, utilizando fuentes de energía renovables como la geotérmica o la solar en lugar del petróleo o el gas natural. Pero en el caso de False Creek, utilizan aguas residuales.

Resulta que el agua que sale del fregadero de la cocina, la lavadora, la ducha, el lavavajillas -y sí, el váter- está más caliente que cuando llega a casa. Las aguas residuales que fluyen por las tuberías del alcantarillado municipal pueden mantener una temperatura de entre 10°C y 20°C incluso en los meses más fríos.

“Lo que hacemos es convertir las aguas residuales en un recurso”, afirma Derek Pope, responsable de energía vecinal de Vancouver. “Así podemos calentar un barrio entero”. Con el retraso que sufre la transición energética a medida que se acelera el calentamiento global, las ciudades se esfuerzan por encontrar formas de ayudar a salvar la brecha. Las aguas residuales son una de las opciones energéticas alternativas que se están explotando.

Según un informe de 2022 del Banco Europeo de Inversiones, en todo el mundo se generan anualmente 380.000 millones de metros cúbicos de aguas residuales municipales. Con el crecimiento de las ciudades, se espera que esa cifra aumente un 51% de aquí a 2050. Según el Departamento de Energía de Estados Unidos, las aguas residuales estadounidenses de un año contienen unos 350 teravatios-hora de energía, que podrían calentar 30 millones de hogares. En otras palabras, es mucho calor sin utilizar.

La energía utilizada para calentar los hogares y los lugares de trabajo es una de las que más contribuyen a la huella de carbono individual. Las calderas de gas y las estufas de leña emiten grandes cantidades de dióxido de carbono, mientras que los calefactores eléctricos son tan ecológicos como su fuente de energía, a menudo gas o carbón. A escala mundial, la calefacción representa el 40% de todas las emisiones relacionadas con la energía.

Por eso no es de extrañar que, según un informe de la empresa de ingeniería Danfoss para 2023, “el calor sobrante sea la mayor fuente de energía sin explotar del mundo”. Solo en la Unión Europea se generan anualmente unos 2.860 teravatios-hora de calor residual, casi lo mismo que la demanda total de energía de la zona para calefacción y agua caliente en edificios residenciales y del sector servicios.

Según el informe, un impulso mundial para capturar este calor podría evitar la quema de casi 30 millones de barriles de petróleo al día o 650.000 millones de metros cúbicos de gas natural al año. Esto es unas cuatro veces lo que la UE importó de Rusia en 2021.

“No se trata sólo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, sino también de replantearnos cómo aprovechamos recursos como las aguas residuales”, explica Pope. “Alrededor de cualquier ciudad, hay varios recursos de calor residual que sistemas como el nuestro podrían aprovechar, y tenemos que empezar a pensar seriamente en ellos”.

Aaron Gillich, profesor de descarbonización de edificios de la London South Bank University, afirma que iniciativas como la de False Creek facilitan la aplicación de límites más estrictos a los gases de efecto invernadero en los edificios, así como una planificación urbana más sostenible. En Vancouver, gran parte de ello consiste en reducir la dependencia del gas natural. “Usamos tanto que no hay nada que pueda sustituirlo por sí solo”, afirma Gillich. Las aguas residuales “son potencialmente un ingrediente muy importante para cuadrar ese círculo”.

Las aguas residuales son una fuente de energía atractiva porque su suministro es estable, al igual que su temperatura. Eso significa que las bombas que transfieren su calor al agua limpia pueden funcionar en invierno, cuando la demanda de calefacción es mayor. Pero, ¿cómo funciona exactamente todo esto?

Para empezar, se hace pasar un refrigerante líquido por un evaporador, convirtiéndolo en un gas que se canaliza por tuberías rodeadas de aguas residuales. El gas absorbe el calor del agua y se hace pasar por un compresor para calentarlo aún más, hasta 80 °C.

A continuación, el gas caliente circula por tuberías que contienen agua limpia. Mientras el agua fluye por las tuberías de distribución aisladas hasta los edificios, el gas vuelve a su forma líquida. Aunque las bombas de calor de este tipo consumen electricidad, son cuatro veces más eficientes que las calderas o los calentadores eléctricos y en False Creek, las bombas obtienen su energía de presas hidroeléctricas.

La práctica de la extracción de calor de las aguas residuales se ha adoptado en muchos países europeos. Suiza empezó a extraer calor de las aguas residuales en los años 80, y la empresa alemana Uhrig dice haber construido más de 100 proyectos de calor de aguas residuales, tanto en Alemania como en el extranjero.

En el Reino Unido, el método se ha convertido en un “sector emergente”, afirma Antoine Reguis, experto en energías renovables de la Universidad Napier de Edimburgo. Gillich calcula que la energía contenida en los 4.200 millones de galones diarios de aguas residuales del Reino Unido podría proporcionar calefacción y agua caliente a 1,6 millones de hogares.

En Vancouver, ciudad de 680.000 habitantes situada en la costa oeste de Canadá, los edificios son responsables del 57% de las emisiones de gases de efecto invernadero. El sistema de False Creek, que según Pope fue la primera aplicación norteamericana de recuperación de calor de aguas residuales, empezó a funcionar antes de los Juegos Olímpicos de Invierno de 2010 para suministrar calor al complejo residencial de los atletas.

Entonces, el sistema calentaba nueve edificios; hoy da servicio a 46, incluidos 6.000 apartamentos residenciales. En 2022, el 71% de la energía de calefacción del barrio procedía de energías renovables, siendo el calor de las aguas residuales la fuente principal.

Pero el proyecto de False Creek se construyó expresamente. Instalar la infraestructura necesaria en urbanizaciones existentes puede resultar prohibitivo. Además, la máxima recuperación de energía de las aguas residuales se produce en las depuradoras o cerca de ellas, donde el caudal es mayor. Estas instalaciones suelen estar en las afueras de las ciudades, lo que significa que el agua caliente tiene que recorrer más distancia.

“Incluso las tuberías bien aisladas tendrán cierta pérdida de calor por metro, por lo que conviene que las tuberías que transportan el agua caliente sean lo más cortas posible”, dice Gillich. Pero según Nick Meeten, director de la consultora neozelandesa Applied Energy, debajo de cada ciudad hay lugares donde los caudales son lo bastante altos como para suministrar calor a grandes edificios, o incluso a manzanas enteras.

En Oslo, la empresa de energías renovables Hafslund Oslo Celsio está aprovechando una tubería principal de alcantarillado por la que, según afirma, pasan más de un millón de litros de aguas residuales por hora. Según la empresa, el proyecto proporciona calefacción y agua caliente a 13.000 apartamentos al año.

Se pueden elegir puntos concretos con gran demanda para una transferencia localizada del calor de las aguas residuales: un hospital, una estación de tren, una piscina o un campus universitario. En Rockhammar, Suecia, el calor residual de las aguas residuales de una fábrica de papel se utiliza, por ejemplo, para calentar un invernadero industrial.

“Se cartografían los flujos de calor de las aguas residuales, se busca dónde están los grandes consumidores de energía térmica y se buscan coincidencias”, explica Meeten. “Casi invariablemente, con cada ciudad encontrarás media docena sin buscar demasiado”.

Las aguas residuales son sólo una de las muchas estrategias que se emplean para limitar de este modo el uso de combustibles fósiles. En el barrio londinense de Islington, el gobierno local dice que suministra calefacción a cientos de hogares, un colegio y dos centros de ocio utilizando energía generada por los motores eléctricos y los frenos de los trenes subterráneos. Sanepar, una empresa de Curitiba, Brasil, combina las aguas residuales y los residuos orgánicos de un centro de distribución de alimentos para generar biogás y obtener electricidad que luego se vierte a la red.

Pero lo más habitual es que la recuperación del calor residual afecte a los propios edificios. Normalmente, el aire caliente de las grandes estructuras se expulsa a la atmósfera a través de conductos de ventilación. Pero también se puede extraer su calor.

La empresa sueca Stockholm Exergi aprovecha el calor residual de supermercados, pistas de hielo y centros de datos. “En todos los lugares donde tenemos trabajo mecánico o refrigeración, también tenemos exceso de calor”, dice Erik Dahlén, responsable de investigación y desarrollo de la empresa. La colaboración con minoristas e industrias, denominada “calefacción urbana abierta”, también permite a esas empresas cobrar por la energía que suministran.

Quizá las fuentes más evidentes de calor residual sean los enormes centros de datos que proliferan en ciudades de todo el mundo. Los servidores emiten grandes cantidades de calor sobrante que puede aprovecharse para calentar agua.

En el área metropolitana de Helsinki, el calor sobrante de dos centros de datos de Microsoft Corp. se desviará a más de 250.000 clientes, según Fortum, la empresa energética finlandesa. En última instancia, cubrirán alrededor del 40% de las necesidades de calefacción urbana de Espoo, Kauniainen y Kirkkonummi, ahorrando unas 400.000 toneladas métricas de emisiones anuales de CO2.

Como parte del plan de acción de emergencia climática de Vancouver, la empresa de energía del barrio de False Creek dice que planea ser totalmente renovable en 2030, con un 70% de su energía procedente del calor del alcantarillado, lo que supondrá un ahorro estimado de 7.000 toneladas métricas anuales de emisiones de gases de efecto invernadero.

Sin duda, es poco probable que ciudades enteras se calienten con calor residual en un futuro próximo, si es que alguna vez lo hacen. Pero la carrera por frenar el calentamiento global exige explorar todas las opciones, afirma Semida Silveira, catedrática de ingeniería de sistemas de la Universidad de Cornell. A pesar de las dificultades para aprovechar y ampliar estas fuentes de calor, tiene sentido invertir en esta tecnología, ya que todo ayuda.

Y en el caso de las aguas residuales, como mínimo podría utilizarse para ahorrar energía en el tratamiento del agua. “De hecho, es sorprendente que más ciudades no lo hayan utilizado antes”, afirma Silveira.

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