Aprovechamiento del Calor Residual en la Generación de Hidrógeno
¿Qué es la calefacción de distrito?
El funcionamiento de la calefacción de distrito se puede asemejar a una batería gigante con la capacidad de asimilar y almacenar la producción de calor de varias tecnologías de generación de energía.

Figura 1. Esquema del funcionamiento de la calefacción de distrito. Fuente: State of Green
A diferencia de las redes eléctricas, la distribución de calor mediante el uso de calefacción de distrito cuenta con problemas de escalabilidad. Estas dificultadas se centran generalmente en la pérdida de calor de las tuberías (deben contar con un gran aislamiento térmico). En los países nórdicos en particular, el gran diámetro de las tuberías para corresponder la demanda presenta problemas debido a la pérdida de carga (se precisaría de estaciones de bombeo para aumentar la presión del agua).
Por estos motivos, las redes de calefacción de distrito se dividen en:
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- Calefacción de distrito en pequeñas zonas: estas redes suelen proveer a pueblos no más grandes de 100 casas. Suelen utilizar biomasa o gas natural como combustible.
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- Áreas descentralizadas: consisten en redes más grandes, normalmente conectan grandes pueblos con pequeñas. Éstas se alimentan por una gran variedad de combustibles.
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- Áreas centralizadas: en este caso se conectan varias plantas de cogeneración a la red de calefacción de distrito. Normalmente suministran calor a grandes ciudades.
Las grandes redes de calefacción de distrito no solo se alimentan de plantas de cogeneración (producción conjunta de calor y electricidad), sino que también aprovechan todo tipo de calor residual de industrias cercanas a las ciudades. Como se ha mencionado anteriormente, estas redes de calefacción se alimentan de numerosas fuentes térmicas para garantizar ajustarse a la demanda calorífica. Actualmente las tecnologías utilizadas para la calefacción de distrito son:
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- Solar térmica: consiste en calentar agua mediante el uso de espejos que reflejen la luz solar. El agua caliente es almacenada en lagos artificiales hasta ser utilizada.
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- Geotérmica: usa calor de zonas con alta actividad geológica, donde mediante el uso de intercambiadores de calor se obtiene agua caliente para inyectar en la red.
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- Dispositivos eléctricos (bombas de calor, calderas eléctricas): utilizan electricidad para calentar fluidos, en este caso agua. Esta tecnología se plantea como una solución bastante atractiva para suplir la intermitencia de las energías renovables, aprovechando de esta manera la energía generada en momentos en los que no se precisa de ella.
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- Calor residual: multitud de procesos industriales requieren de grandes cantidades de calor que posteriormente es desaprovechado. Como ejemplo, en las cementeras, mediante la introducción de intercambiadores de calor la eficiencia de la planta aumenta considerablemente.
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- Plantas de cogeneración: producen de manera simultánea calor y electricidad, incrementando la eficiencia de los combustibles fósiles utilizados.
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- Incineración de residuos.
En la siguiente figura podemos ver el mix energético que alimenta la red de distribución de la calefacción de distrito de Dinamarca, principalmente centrada en a la combustión de pellets, gas natural y carbón.

Figura 2. Combustibles utilizados en la calefacción por distrito danesa. Fuente: Dansk Fjernvarme
El hidrógeno en la calefacción de distrito
Al igual que el resto de las tecnologías previamente descritas, la cadena de valor del hidrógeno puede aportar una fuente de calor fiable a las diferentes redes de calefacción por distrito del mundo. Actualmente existen diversas tecnologías para la producción de hidrógeno, como son Alcalina, PEM y de óxido solido (SOE) y de intercambio de aniones (AEM).
Cada una de estas tecnologías cuenta con diferentes temperaturas, todas ellas enmarcadas entre los 60 ºC hasta los 1000 ºC. Para el aprovechamiento del calor residual interesa sobre todo la tecnología de electrolizadores SOE, con un rango de operación entre 700 y 1000 ºC.
Aproximadamente algo más de un cuarto del consumo eléctrico en la generación de hidrógeno se pierde en forma de calor residual. Esto puede traducirse en el desaprovechamiento de 4000 TWh a nivel mundial en el año 2050.
En línea con el estudio de mercado de EuroHeat&Power del año 2024, Europa cuenta con 19.037 redes de calefacción de distrito, satisfaciendo la demanda calorífica de unos 77 millones de ciudadanos, con una potencia instalada entre numerosos países europeos (Polonia, Alemania, República Checa, Dinamarca, etc.) de 333,4 GWth en 2022.

Figura 3. Potencia instalada de la calefacción de distrito por países. Fuente: EuroHeat&Power
Actualmente existe un proyecto, llamado HY2HEAT, en el que se contempla la implementación del calor residual de la operación de los electrolizadores en la calefacción de distrito. El objetivo de este proyecto se centra en:
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- Analizar las sinergias tecno-económicas de la integración del calor residual en los sistemas de calefacción urbana.
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- Evaluar las mejores soluciones técnicas para la captura y mejora del calor residual.
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- Crear una guía práctica para los operadores de las redes de calefacción de distrito con el objetivo de conseguir la integración técnica de la tecnología.
Además, investigadores de la Mälarden University han analizado como el calor residual de la generación de hidrógeno renovable puede ser aprovechado en la calefacción de distrito.
Considerando el uso de un electrolizador de tecnología PEM y alcalina de 100 MW cada uno y de un intercambiador de calor como sistema de unión a la red de calefacción de distrito, acorde al estudio, “Se obtuvieron como resultados que del electrolizador PEM se pueden aprovechar hasta 203.000 MWhT con una temperatura de 79 ºC, de los que 171.000 MWhT pueden ser integrados en el sistema de calefacción de distrito”.
Con esta afirmación por parte de los investigadores de Mälarden University se entiende que, teniendo en cuenta el 100 % de las horas de funcionamiento, el 23 % del calor producido por el electrolizador pueden ser recuperado, pudiendo ser utilizado el 20 % del calor total para diversos propósitos
El aprovechamiento del calor residual aumenta de manera significativa la eficiencia de los electrolizadores, hasta un 94,7 % en la tecnología PEM (suponiendo un rendimiento del 75 % para el electrolizador) y un 88,4 % en la alcalina.
Conclusiones
El uso del calor residual producido durante el funcionamiento de los electrolizadores de gran potencia, además de aumentar la eficiencia global de los equipos, hace que se sume un nuevo atractivo para la puesta en marcha de estos equipos en países con grandes redes de calefacción de distrito. De esta forma, los electrolizadores pueden ser vistos como “plantas de cogeneración” capaces de generar hidrógeno (renovable si se usa electricidad generada por eólica o fotovoltaica) y calor para uso en calefacción o demás procesos industriales.
REFERENCIAS