¿El fin de la era del vapor?
Durante casi dos siglos, la generación de electricidad ha dependido de un principio sencillo que no ha cambiado desde la Revolución Industrial: hervir agua para producir vapor, hacer girar una turbina y generar energía. Esta tecnología, basada en el ciclo Rankine, domina hoy el 80 por ciento de la producción mundial de electricidad. En diciembre de 2025, China alteró este panorama con la puesta en marcha de Chaotan One, el primer generador comercial de electricidad del mundo que utiliza dióxido de carbono supercrítico. Ubicada en una planta siderúrgica de Liupanshui, en la provincia de Guizhou, la instalación comenzó a convertir calor residual industrial en electricidad mediante dióxido de carbono comprimido hasta alcanzar un estado supercrítico. Así logró mejoras de eficiencia que ponen en cuestión los fundamentos económicos de la generación termoeléctrica.
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El sistema consta de dos unidades de 15 megavatios, con una capacidad total de 30 megavatios, conectadas a la red en las instalaciones de Shougang Shuicheng Iron and Steel. Al aprovechar el calor residual de la sinterización, que antes se liberaba a la atmósfera, la instalación genera más de 70 millones de kilovatios-hora al año y aporta unos 30 millones de yuanes (alrededor de 4,26 millones de dólares) en ingresos a la siderúrgica. Más importante aún, la tecnología muestra que es posible adaptar infraestructuras industriales existentes en lugar de construir nuevas instalaciones, una ventaja decisiva ante el rápido aumento de la demanda mundial de electricidad.
Cómo el CO2 supercrítico lo cambia todo
El CO2 supercrítico se encuentra en un estado híbrido entre líquido y gas, que se alcanza cuando el fluido supera los 31 grados Celsius y una presión de 73 atmósferas, equivalente a la presión a 800 metros de profundidad bajo la superficie del océano. En estas condiciones, el CO2 tiene la densidad de un líquido y conserva las propiedades de flujo de un gas, lo que le permite impulsar turbinas con más fuerza y mucha menos fricción que el vapor. La tecnología sustituye el ciclo Rankine tradicional, que convierte en electricidad alrededor del 33 por ciento de la energía térmica, por un ciclo Brayton con una eficiencia teórica superior al 50 por ciento.
A diferencia de los sistemas de vapor, el sCO2 funciona en un circuito completamente cerrado: el fluido de trabajo se recicla continuamente, sin liberarse a la atmósfera, y se elimina la necesidad de sistemas de refrigeración con agua. Esta operación sin agua es especialmente valiosa en regiones áridas, donde las limitaciones de recursos hídricos afectan a las centrales termoeléctricas tradicionales. Su diseño compacto reduce en un 50 por ciento el espacio necesario frente a sistemas de vapor equivalentes, mientras que su arquitectura simplificada requiere menos componentes auxiliares y permite responder con mayor rapidez.
Huang Yanping, científico jefe del Instituto de Energía Nuclear de China y diseñador principal de Chaotan One, describió la ventaja termodinámica con una vívida analogía.
Es como un hombre fuerte que monta una bicicleta recubierta de aceite lubricante, lo que le permite pedalear sin esfuerzo durante largas distancias.
El diseño de circuito cerrado ayuda a superar limitaciones fundamentales de las infraestructuras energéticas modernas. A medida que los centros de datos de inteligencia artificial y la fabricación avanzada impulsan un rápido aumento de la demanda de electricidad —solo Estados Unidos necesitaría incrementar en un 165 por ciento su capacidad de generación para 2030 para abastecer las instalaciones de IA—, la posibilidad de desplegar generación eficiente sin construir nuevas instalaciones adquiere una importancia estratégica. La tecnología aprovecha energía de fuentes de calor residual de temperatura media que antes se consideraban poco rentables para generar electricidad.
Diecisiete años de desarrollo
La puesta en marcha comercial de Chaotan One culmina un programa de investigación iniciado en 2009 por el Instituto de Energía Nuclear de China, dependiente de la Corporación Nuclear Nacional de China. El desarrollo exigió resolver desafíos fundamentales de ingeniería que habían frenado los avances internacionales desde que se propuso el concepto por primera vez, en 1948. Un elemento central del avance fue el desarrollo de intercambiadores de calor de microcanales, con conductos de aproximadamente un milímetro de diámetro, necesarios para transferir calor de forma eficiente a presiones supercríticas.
El proceso de fabricación exigió innovaciones en soldadura por difusión en vacío, una técnica que une placas metálicas a alta temperatura y presión sin fundirlas. Después de que proveedores extranjeros se negaran a exportar esta tecnología, incluida en listas de control comercial sujetas a estrictas restricciones, el equipo de Huang dedicó 829 días a la investigación y probó 218 parámetros de soldadura distintos en 27 rondas de optimización. Las muestras fallidas ocuparon la mitad de un almacén antes de que llegara el éxito. La unión definitiva se logró en la prueba número 49 del proceso, una fría mañana de invierno de 2021, y se confirmó mediante curvas verdes estables en las pantallas de monitoreo del laboratorio.
Otro obstáculo fundamental fue la tecnología de sellado. La opinión predominante sostenía que las turbinas sCO2 a escala de megavatios eran inviables por el riesgo de fugas en los ejes giratorios de alta presión. Expertos extranjeros recomendaron a Huang no desarrollar unidades de más de 100 kilovatios y consideraban que los sistemas a escala de megavatios eran una misión imposible. Sin dejarse disuadir, el equipo analizó varias técnicas de sellado y desarrolló sistemas de sellos secos de gas adaptados específicamente a las condiciones del CO2 supercrítico. Así logró la primera aplicación exitosa del mundo de un sello seco de gas a escala de megavatios en turbomaquinaria sCO2.
Por qué China se adelantó a Estados Unidos
Mientras China celebró la conexión a la red el 20 de diciembre de 2025, Estados Unidos sigue probando una tecnología similar mediante el programa Supercritical Transformational Electric Power en los Laboratorios Nacionales Sandia. El enfoque estadounidense prioriza la validación exhaustiva en laboratorio antes del despliegue comercial. En abril de 2022, Sandia suministró 10 kilovatios a la red durante 50 minutos con sCO2; para octubre de 2024, había alcanzado los 4 megavatios sincronizados con la red. Sin embargo, los objetivos comerciales de Estados Unidos siguen apuntando a mediados de la década de 2030.
La diferencia refleja distintas filosofías de innovación. Los investigadores estadounidenses dan prioridad a resolver todos los problemas teóricos y caracterizar el comportamiento de los materiales a largo plazo antes de ampliar la escala, con el apoyo de pruebas exhaustivas de corrosión y programas de cualificación de aleaciones. El desarrollo chino sigue una metodología pragmática que en el país describen como cruzar el río tanteando las piedras. Este enfoque, que prioriza construir primero, acepta que surgirán dificultades operativas y que se resolverán mediante mejoras sucesivas. La estrategia permitió un despliegue rápido, pero genera incertidumbre sobre la fiabilidad a largo plazo, que los plazos de desarrollo más cautelosos intentan reducir.
El Departamento de Energía de Estados Unidos identificó la generación de electricidad con CO2 supercrítico como una tecnología estratégica de vanguardia en 2017, y MIT Technology Review la incluyó entre las 10 tecnologías más innovadoras de 2018. Pese a este reconocimiento temprano, la cautela regulatoria y el énfasis en reducir los riesgos de manera exhaustiva han retrasado su comercialización en Estados Unidos.
Convertir el calor residual en ingresos
La instalación Chaotan One aborda un obstáculo de larga data para aprovechar fuentes de calor de temperatura media a pequeña y mediana escala. Los sistemas de vapor tradicionales suelen dejar de ser rentables para recuperar calor residual por debajo de ciertos umbrales de temperatura, por lo que se desperdicia una cantidad considerable de energía. El mejor rendimiento termodinámico del ciclo sCO2 permite captar energía que de otro modo se disiparía y ofrece a la industria pesada una vía práctica para reducir sus emisiones sin reconstruir por completo sus instalaciones.
En la siderúrgica, el sistema aprovecha el calor residual del proceso de sinterización, en el que se calientan finos de mineral de hierro antes de introducirlos en el alto horno. Antes, ese calor se desperdiciaba. La instalación demuestra que los generadores de CO2 supercrítico pueden alcanzar una eficiencia de generación un 85 por ciento superior y producir un 50 por ciento más de potencia neta que las tecnologías convencionales de generación con vapor a partir de calor residual, con la mitad del espacio físico.
Además de generar beneficios económicos inmediatos, la tecnología contribuye a los objetivos de China de alcanzar el pico de emisiones de carbono y la neutralidad de carbono, al convertir residuos industriales en electricidad limpia. La eliminación del consumo de agua tiene un valor especial en el suroeste de China, donde la escasez de agua suele limitar la expansión industrial. A diferencia de las centrales de vapor, que necesitan grandes volúmenes de agua de refrigeración, el diseño sCO2 de circuito cerrado funciona eficazmente en zonas áridas y amplía las áreas donde la recuperación de calor residual puede ser rentable.
Dudas sobre la durabilidad y riesgos técnicos
Pese al logro, analistas independientes advierten que las primeras métricas de rendimiento deben interpretarse con cautela. Michael Barnard, analista de CleanTechnica, calcula que la probabilidad de que Chaotan One registre un deterioro medible del rendimiento en un plazo de dos a cinco años es del 40 al 70 por ciento. Su evaluación se basa en varios mecanismos de falla que pueden interactuar en los sistemas de CO2 supercrítico, que funcionan a 200 atmósferas de presión y altas temperaturas.
Los intercambiadores de calor de precisión utilizan soldadura por difusión para crear microcanales capaces de soportar presiones extremas. Si las uniones se deterioran, su reparación resulta prácticamente imposible y es necesario sustituir la unidad completa. La carburización, es decir, el desplazamiento de carbono hacia aleaciones de acero en condiciones supercríticas, puede volver quebradizos los materiales y alterar la rugosidad de las superficies de los canales. Esto aumenta la caída de presión y reduce gradualmente la eficiencia del ciclo, lo que va erosionando la ventaja de eficiencia del 85 por ciento declarada al iniciar las operaciones.
La integridad de los sellos es otro punto vulnerable. La molécula de CO2 a alta presión, pequeña y móvil como la de hidrógeno, exige un sellado perfecto en los ejes giratorios y las bridas sometidos a ciclos térmicos y mecánicos. Datos históricos de estaciones de recarga de hidrógeno, donde las fallas de los sellos representan cerca del 50 por ciento de las interrupciones del servicio, sugieren que mantener un sellado perfecto durante varios años de operación continua podría ser una expectativa demasiado optimista. Las fugas pequeñas alteran la cantidad de fluido de trabajo y alejan los compresores de sus puntos óptimos de funcionamiento, lo que aumenta el consumo auxiliar.
La contaminación industrial agrava estos riesgos. Los gases de escape de las siderúrgicas contienen partículas, óxidos metálicos y compuestos de azufre que ensucian las superficies de transferencia de calor y reducen gradualmente la eficiencia, de forma similar a la acumulación de cal. Barnard calcula que la probabilidad de una pérdida de rendimiento debida a este ensuciamiento en un entorno industrial es del 60 al 85 por ciento en un plazo de dos a cinco años. Esto podría reducir la temperatura de entrada de la turbina, con independencia de la integridad del circuito interno de CO2.
Más allá del acero: las próximas fronteras
La Corporación Nuclear Nacional de China (CNNC) ya anunció planes para ampliar la tecnología de CO2 supercrítico e integrarla con sistemas de almacenamiento de energía en sales fundidas, con operaciones de demostración previstas para 2028. Este enfoque híbrido aborda los desafíos de intermitencia de las fuentes de energía renovable: almacena energía térmica en sales fundidas y la convierte en electricidad mediante el eficiente ciclo sCO2 cuando aumenta la demanda. El proyecto fue seleccionado para la quinta convocatoria de China de equipos energéticos de primera aplicación a gran escala.
La compatibilidad de la tecnología con las centrales de energía solar de concentración ofrece otra vía de crecimiento. Las instalaciones termosolares generan temperaturas elevadas, ideales para los ciclos Brayton sCO2, que podrían alcanzar eficiencias de conversión superiores a las de las actuales centrales solares basadas en vapor. También se perfilan aplicaciones nucleares: la turbomaquinaria compacta ofrece ventajas para diseños de reactores avanzados, incluidos los reactores modulares pequeños y los sistemas refrigerados por gas a alta temperatura.
Huang Yanping prevé aplicaciones más amplias en almacenamiento de energía, recuperación de calor residual y suministro de vapor industrial. El avance se dirige específicamente a fuentes térmicas de escala media cuya conversión eficiente ha sido históricamente difícil, y abre mercados en los que los equipos de generación eléctrica no eran rentables. Si la tecnología demuestra ser duradera en los próximos años, podría cambiar de forma fundamental la economía de la generación distribuida y la descarbonización industrial en todo el mundo.
Puntos clave
- Chaotan One, el primer generador comercial de electricidad del mundo que utiliza CO2 supercrítico, comenzó a operar en diciembre de 2025 en la provincia china de Guizhou
- La instalación de 30 megavatios aprovecha el calor residual de una siderúrgica para generar electricidad con una eficiencia un 85 % superior a la de los sistemas de vapor convencionales
- El CO2 supercrítico funciona por encima de los 31 grados Celsius y las 73 atmósferas de presión, con la densidad de un líquido y las propiedades de flujo de un gas
- El desarrollo requirió 17 años de investigación e incluyó avances en soldadura por difusión en vacío y tecnología de sellos secos de gas a escala de megavatios
- El sistema de circuito cerrado no necesita agua de refrigeración y permite adaptar instalaciones industriales existentes sin construir otras nuevas
- Analistas advierten que el deterioro de los intercambiadores de calor, las fugas en los sellos y la contaminación industrial generan una probabilidad del 40 al 70 % de que el rendimiento disminuya en un plazo de 2 a 5 años
- Estados Unidos sigue probando una tecnología similar mediante el programa STEP y prevé su despliegue comercial en la década de 2030
- Entre las aplicaciones futuras figuran su integración con el almacenamiento de energía en sales fundidas, la energía solar de concentración y los reactores nucleares avanzados
