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Mon, Mar

MPzero, Calefacción Sustentable, Económica y Limpia al Alcance de Todos

Disruptive Innovations
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Resumen

La contaminación del aire producto de la combustión de biomasa para calefacción residencial es uno de los mayores problemas ambientales que sufren las ciudades del centro sur de Chile cada invierno. Debido a que el uso de estufas a leña es el método de calefacción más económico, sigue siendo actualmente, a pesar de sus negativas implicaciones medioambientales, el más utilizado por la población, acarreando graves problemas de salud en la comunidad principalmente en niños y adultos mayores. MPzero es un equipo de reducción de emisiones de material particulado fino, desarrollado en Chile, que captura hasta un 97% de las emisiones producidas por estos equipos de calefacción, ayudando a mantener el aire limpio y reduciendo los costos de calefacción, sobre todo a familias que no tienen acceso a métodos de calefacción menos contaminantes. 

The Problem 

A pesar de que es de conocimiento público lo perjudicial que es para la salud el humo que produce la combustión de biomasa, la leña sigue siendo el biocombustible más económico y utilizado para calefacción y cocción de alimentos en los hogares de Chile. Se estima que, en el sector residencial, la leña está presente en un 33.2% de los hogares del país (1.721.032 viviendas), porcentaje que va en incremento hacia la zona sur, llegando a un 98,2% en la región de Aysén.

En el 2016, la Organización Mundial de la Salud (OMS) señaló a Coyhaique, capital de la región de Aysén, como la ciudad más contaminada por material particulado de Chile y Latinoamérica, alcanzando niveles de contaminación en la población equivalentes a fumar 16 cigarrillos diarios. Estos hechos han provocado tomar medidas prohibitivas por parte de las autoridades, como limitar la realización de cualquier tipo de actividad al aire libre, restringir el uso de equipos de calefacción o cocción a leña, prohibir la venta de equipos de calefacción no certificados y cursar multas a viviendas que utilicen leña para calefacción en periodos de emergencia y premergencia ambiental.

El fuerte vínculo socioeconómico y cultural con la leña, es un elemento fundamental para el análisis de su uso. “Toda su cadena, incluyendo la producción y la comercialización, está impregnada de prácticas arraigadas desde hace varias generaciones”1. Es por esto, junto con los datos duros del problema, es que, para lograr un cambio radical de la situación, las soluciones empleadas deben ser de carácter transversal, tomando en consideración varios factores y a gran escala.

Las soluciones proyectadas en el ámbito público y privado han sido poco efectivas debido a lo amplio que es el espectro de las variables de operación bajo las que funcionan este tipo de calefactores, lo que propicia, por distintos motivos, el mal uso por parte de los usuarios.

El estado se ha hecho presente frente al problema de distintas formas, desde planes subvencionados de recambio de calefactores, para reemplazar estufas a leña antiguas por estufas a leña certificadas que son más eficientes y menos contaminantes2 u por otro tipo de calefactores (eléctrico, a pellet, gas o parafina) y llevando a cabo periódicamente distintos planes y actividades de concientización ambiental en la población a la vez que se ha intentado regular y certificar la venta de leña seca, entre otras medidas. 

Por parte de los privados, se han desarrollado mejoras en el diseño de los equipos de calefacción para hacerlos más eficientes y bajar la producción de emisiones, los vendedores de leña han comenzado a trabajar con planes de manejo de leña para poder proveer sosteniblemente leña seca y se han puesto a la venta equipos que ayudan a disminuir las emisiones de las estufas, como filtros catalíticos, filtros por permeabilidad y pastillas para mejorar la combustión. 

Lamentablemente, frente a estas medidas, no se han detectado cambios o mejoras considerables en la calidad del aire de las ciudades afectadas por el problema en los últimos años, incluso, según el sistema nacional de certificación de leña, cerca del 40% de quienes han recibido recambio de calefactores, han retornado al uso de la leña.  

En búsqueda de una respuesta 

Debido a los problemas mencionados anteriormente, es que, en el ecosistema emprendedor nacional, se ha generado un semillero de ideas y proyectos por parte de innovadores privados que buscan dar solución a este problema. Algunas de las iniciativas son, equipos catalíticos que funcionan por medio de un material cerámico semipermeable que se instala sobre la salida de gases de la estufa, el cual permite quemar a una menor temperatura el hollín que no se alcanza a incinerar dentro de la cámara de combustión, el problema con este sistema, es que aunque su costo es relativamente bajo (US$200), sus prestaciones son limitadas, posee una eficiencia de captura máxima de tan solo 60% y restricciones de uso bajo condiciones de combustión no optimas, como baja temperatura o uso de leña verde o húmeda. Otro producto disponible en el mercado es un equipo denominado “filtro vivo”, el cual retiene por permeabilidad las partículas contaminantes y aunque tiene una alta eficiencia de captura, cercana al 92%, su valor es extremadamente alto, unos US$4.200, más de 10 veces el sueldo mínimo en Chile. 

Escalar una solución eficiente, de la industria a la vivienda 

El control de emisiones contaminantes en las industrias es una problemática habitual y para la cual existen distintos tipos sistemas de “abatimiento” de emisiones, validados y usados durante décadas para disminuir la contaminación producida por los procesos que requieren combustión al interior de las industrias. Uno de estos sistemas es el precipitador electrostático, el cual, mediante una carga eléctrica inducida, polariza las partículas contaminantes contenidas en los gases, para que se adhieran a placas metálicas con una carga opuesta. Estás placas son golpeadas con una cierta periodicidad, haciendo “precipitar” en una zona de descarga los residuos sólidos que se forman por la acumulación continua de partículas. Esta tecnología es ampliamente usada en termoeléctricas a carbón, logrando una eficiencia de captura cercana al 99%.3

A partir del conocimiento de esta tecnología es que aparece una nueva arista para dar solución a los problemas de contaminación por material particulado producido por la combustión de leña, escalar este dispositivo a escala residencial para ser instalado en cada estufa y cocina a leña del país. 

MPzero, el calor económico de la leña puede ser limpio y sustentable: 

A partir de esta tecnología, ampliamente validada a escala industrial, se plantea el desafío de diseñar un dispositivo que pueda utilizar el principio del precipitador electrostático para reducir las emisiones producidas por las estufas y cocinas a leña. 

Para llevar a cabo este desafío, se reúne un equipo interdisciplinario integrado por Eduardo Burboa, Ingeniero Eléctrico - máster en energías renovables y tecnologías limpias, Esteban Soto, Ingeniero Industrial - máster en gestión industrial, Gabriela Bustos, periodista y el Arquitecto Ricardo Soto. 

El grupo de jóvenes profesionales, unidos por la amistad y un desafío común, emprenden el camino de la innovación bajo el alero de “Potencial Chile” organización (empresa) creada con el fin de ser un semillero de ideas y proyectos que, por medio del desarrollo tecnológico e innovación, buscan soluciones efectivas a problemas de carácter energético, social y medio ambiental, sus tres pilares de acción.

Teniendo la idea y el conocimiento para llevar a cabo la creación de este producto, el equipo obtiene el financiamiento y apoyo del gobierno de Chile por medio de concursos de emprendimiento e innovación como “impacta energía” 2016 de Laboratorio de Gobierno y el Ministerio de Energía y “capital semilla” 2017 de Corfo (Corporación de fomento a la producción).

Habiendo obtenido los recursos para desarrollar la tecnología, el equipo de Potencial Chile se enfocó en el desarrollo, prueba  y prototipaje del producto por un periodo de incubación acelerada de aproximadamente 8 meses, en los cuales se construyeron distintas versiones del producto, con el fin de entender acabadamente su funcionamiento y así poder llegar al diseño más efectivo para dar solución al problema de la contaminación.

Posterior a este proceso de iteración y evaluación de la la tecnología, se logró dar con el diseño de un prototipo para pilotaje, que fue testeado por usuarios finales, durante los meses de agosto y septiembre de 2017. El proceso consistió en reemplazar la primera sección de los tubos de las estufas de los usuarios por MPzero, para posteriormente encenderlo y hacer funcionar sus equipos de calefacción de manera tradicional. 

Durante el pilotaje, que fue llevado a cabo en 7 casas, se realizaron encuestas de satisfacción, funcionamiento, operación, mediciones termográficas y registros fotográficos, con el fin, de levantar la mayor cantidad de información que pudiese ser útil para el desarrollo de posibles mejoras al diseño del producto final.  

La tecnología, MPzero en palabras simples 

 

El producto desarrollado, consiste en un precipitador electrostático de escala residencial, el cual, captura el material particulado que pasa a través del tubo de la estufa, al generar una carga eléctrica inducida al interior de este tubo, con el fin de polarizar las partículas contaminantes para que queden adherida a las paredes interiores del tubo, reteniendo así, la liberación de alrededor de un 97% de las partículas contaminantes producidas por la combustión.

Para comprender la tecnología de una forma práctica, podemos recordar el efecto producido en el clásico experimento para entender la electricidad estática, en el cual, se cortan o pican pequeños pedazos de papel para ser atraídos a un globo inflado, el cual con anterioridad ha sido frotado contra el cabello. Lo que hace MPzero, es repetir este comportamiento eléctrico, en el cual, los trozos de papel serian las partículas contaminantes, el globo, las paredes internas del tubo de la estufa y la carga inducida producto de frotar el globo con la cabeza, sería producida de forma electrónica mediante una fuente de alto voltaje y llevada al interior del tubo de la estufa por medio de un electrodo (barra metálica ubicada en el centro del tubo) Imagen referencia #.

Los resultados del Pilotaje y las pruebas de laboratorio validaron los supuestos que llevaron en un principio a desarrollar la tecnología. Se obtuvieron mediciones de captura de hasta un 97% de disminución de emisiones, se certifico la eficiencia de reducción en condiciones óptimas de combustión en un 66% y un ahorro del 22% de uso de leña. El pilotaje produjo importantes resultados cualitativos, como entendimiento del funcionamiento y operación del equipo, validación de la estética, alta sensación de seguridad frente a la tecnología y lo más importante, todos los participantes adquirirían el producto estando una vez disponible en el mercado, el cual se calcula tendrá un valor de mercado aproximado de US$400.  

Al día de hoy

Posterior a la validación técnica y social de la tecnología, se llevó a cabo el ingreso de la solicitud de patente del producto, la cual se encuentra actualmente en evaluación. Se esta trabajando junto a gobiernos locales para llevar a cabo planes masivos de instalación de la tecnología en equipos de calefacción, como medida efectiva para descontaminar el aire de las ciudades. Ya se está trabajando en la construcción de las primeras unidades comerciales y se cuenta con una lista de espera, de mas de 200 personas que desean adquirir el dispositivo. 

Futuro

Debido a que solo se pueden alcanzar cambios sociales y medioambientales significativos, mediante un uso masivo de la tecnología, es que Potencial Chile, se encuentra en búsqueda de capitales privados de inversión para escalar la producción de la tecnología y lograr un mayor alcance en el territorio, pudiendo así ayudar a mejorar de forma efectiva la calidad de vida de las personas que viven en zonas de emergencia ambiental. 

Se espera que el uso de esta y otras tecnologías, que de forma activa logran disminuir eficazmente las emisiones que producen los equipos de combustión a leña, sean parte de las políticas públicas ligadas al uso de equipos de calefacción. Así como hace algunos años se incorporo el convertidor catalítico como medida restrictiva para el uso de vehículos en zonas de emergencia ambiental, lo mismo o similar podría llevarse a cabo con la integración de estas tecnologías a los equipos de calefacción y cocción a leña.

En conclusión, la validación de la tecnología desarrollada y la implementación de su uso de forma masiva podría mejorar radicalmente la calidad de vida de las personas que viven en comunas, que debido a los bajos niveles de ingresos económicos y la precaria calidad de la construcción y aislación de sus viviendas, no pueden recurrir a otro método de calefacción menos contaminante que la combustión de leña. Parece ser que, hasta el día de hoy en Chile, pobreza es sinónimo de leña y contaminación, de enfermedades respiratorias y colapso de hospitales en invierno, de niños que no pueden salir a jugar en el break de recreo y espacios públicos y deportivos que no pueden ser utilizados por culpa de la contaminación. Es por esto, que, como organización, creemos firmemente en la inserción de este tipo de tecnologías como respuesta efectiva al problema de la contaminación actual, en espera de que en un futuro, esperamos no muy lejano, la calidad de las viviendas y su aislación mejore, se desarrollen métodos de calefacción más eficientes, limpios y sustentables, y por último, que exista un real interés y motivación por parte de la población en cuidar el medio ambiente, su entorno cercano y tener conciencia de los daños a la salud y calidad de vida que esto conlleva. 

Works Cited

1 Política de uso de la leña y sus derivados para calefacción, Ministerio de Energía, Gobierno de Chile, 2016. 

2 Ley N° 20.586, Organismo: Ministerio de energía, publicada el 16/05/2015, Regula la certificación de los artefactos para combustión de leña y otros productos dendroenergéticos. 

3 Tecnologías de mitigación de emisiones en centrales termoeléctricas a carbón, Precipitador Electrostático como mecanismo para capturar Material Particulado, Iris Silva Castro, Mercados Energéticos, Magister en ingeniería de la energía.

Bio

Ricardo Soto Espinace
CEO & Director de Proyectos de POTENTIAL SpA.

Ricardo (29) es padre, Arquitecto por la Universidad de Concepción 2015, Diploma en Gestión Estratégica de Organizaciones con Énfasis en la Innovación por la Pontificia Universidad Católica de Chile 2018 y actualmente se encuentra cursando el grado de máster en Estudios Avanzados de Arquitectura, con especialidad en Innovación Tecnológica en la Arquitectura en la Universidad Politécnica de Cataluña. Su trabajo se ha visto marcado por la participación y desarrollo de proyectos de innovación ligados a las áreas de arquitectura, tecnología y medio ambiente. En 2016, por su trabajo en estos ámbitos, se le otorga el premio Arquitecto Revelación, entregado por el Colegio de Arquitectos delegación Concepción. En su desarrollo profesional ha destacado en diversos concursos de innovación y emprendimiento como impacta energía de Laboratorio de Gobierno y el Ministerio de Energía de Chile, Capital semilla de Corfo y Construye Solar, entre otros.