Se ha desarrollado y probado con éxito una nueva plataforma energética integrada que utiliza múltiples fuentes de energía renovable, lo que permite la independencia energética y la reducción de carbono en la agricultura.
por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
En comparación con los sistemas de invernadero convencionales, reduce las emisiones de CO₂ en más del 50 % y los costes operativos en más de un tercio.
El Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales (KIMM), dependiente del Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología, ha desarrollado un sistema de cogeneración (CHP) alimentado con hidrógeno que integra pilas de combustible de hidrógeno , colectores solares térmicos , bombas de calor y enfriadores de adsorción. El sistema se ha implementado con éxito en un invernadero inteligente de 660 metros cuadrados.
El sistema combina celdas de combustible PEM, bombas de calor aerotérmicas, colectores solares y enfriadores de adsorción para generar electricidad y reutilizar el calor residual para refrigeración y calefacción. Durante el día, utiliza principalmente energía solar , mientras que por la noche o durante las horas de baja insolación, funciona combinando la celda de combustible y la bomba de calor, produciendo y suministrando energía eficientemente según la estación y la hora del día.
Los sistemas de invernaderos convencionales suelen depender de una sola fuente de energía, como la solar o la geotérmica, lo que los hace vulnerables a los cambios climáticos y a las caídas estacionales de la eficiencia. Los sistemas de pilas de combustible capaces de aprovechar el calor residual se han limitado principalmente a edificios o aplicaciones industriales.
El sistema de KIMM aborda estas limitaciones combinando múltiples fuentes de energía renovable . En invierno, el calor de las pilas de combustible y los colectores solares se convierte en agua caliente para calentar el invernadero. En verano, el calor impulsa el enfriador de adsorción para producir agua fría para refrigeración. Además, la bomba de calor aerotérmica facilita la calefacción y la refrigeración durante condiciones climáticas extremas, como olas de calor o de frío.
El equipo diseñó un sistema de control integrado para optimizar los flujos de energía entre las fuentes de calor, minimizando la interdependencia y maximizando la estabilidad energética. Las innovaciones incluyen una pila de combustible con salida ajustable, una bomba de calor que genera más de 5,2 veces su electricidad de entrada en calor, colectores solares optimizados para el funcionamiento diurno y monitorización y control en tiempo real de todo el sistema.
Se utilizó un enfriador de adsorción capaz de producir agua fría a temperaturas de fuente de calor más bajas (65-70 °C) que los enfriadores de absorción convencionales. El calor de los colectores solares y las celdas de combustible se almacena en un tanque de almacenamiento térmico y se utiliza para suministrar energía de refrigeración al invernadero.
El sistema ha demostrado una reducción del 36,5 % en los costos operativos y del 58,1 % en las emisiones de CO₂ en comparación con los sistemas de bombas de calor de invernadero existentes. En un invernadero de demostración de 660 m² ubicado en el Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas de la Administración de Desarrollo Rural en Jeonju, se han cultivado tomates con éxito durante más de seis meses.
El Dr. Sang Min Lee, director del Centro de Ingeniería de Investigación de Biosistemas y Agricultura del Futuro del KIMM, afirmó: «Este sistema permite una producción estable de energía independientemente de las condiciones climáticas externas y es ideal para el entorno de Corea, donde la demanda energética fluctúa considerablemente entre estaciones. Es el primer caso de aplicación de pilas de combustible de hidrógeno a la agricultura inteligente, lo que contribuye significativamente a la autosuficiencia energética en la agricultura de invernadero».
El Dr. Jin Young Park, investigador principal del Departamento de Generación de Energía Libre de Carbono, añadió: «Logramos una alta eficiencia y estabilidad energética en comparación con los sistemas convencionales. La electricidad generada por la pila de combustible se utiliza directamente en el invernadero , lo que mejora la viabilidad económica».
A principios de este año, KIMM estableció la División de Bioingeniería Agrícola del Futuro para liderar el desarrollo de tecnologías clave para la agricultura y consolidar el liderazgo mundial en este campo. Actualmente, la división desarrolla activamente tecnologías avanzadas en energía agrícola, gestión de recursos y transformación digital.
El sistema de cogeneración alimentado con hidrógeno fue desarrollado conjuntamente por la División de Bioingeniería Agrícola del Futuro de KIMM y el Laboratorio de Energía Cero Carbono, con el apoyo de los programas nacionales de innovación en agricultura inteligente e hidrógeno verde de Corea.
