El motor Stirling, el techo de Carnot y un 86 % que no sale en la cuenta

En mi mesa tengo un motor que no echa humo, no hace ruido y no lleva combustible. Dentro solo hay aire encerrado; debajo, una taza de café caliente; arriba, el aire de la habitación. Con esa diferencia de temperatura la rueda gira sin parar. Es un motor Stirling, lo patentó un clérigo escocés en 1816 y es una de las máquinas más elegantes que se han diseñado.

Os lo traigo por un número. A finales de 2025 empezó a circular el anuncio de Airthium, una empresa francesa fundada por un doctor en física de plasmas, Andrei Klochko. En Y Combinator dice estar construyendo «el primer motor Stirling que alcanza el 86 % de la eficiencia de Carnot, frente al 64 % del estado del arte». Es texto para inversores: no dice a qué temperaturas, con qué salto de calor ni si la máquina trabaja como motor o como bomba de calor. Y un número de eficiencia sin condiciones es como decir que tu coche «hace 200»: ¿kilómetros por hora, caballos o euros de multa?

Para saber si ese 86 % se sostiene hay que entender la máquina y el límite que la física le pone a cualquier motor térmico. De paso, os llevaréis una herramienta para juzgar vosotros solos cualquier cifra de eficiencia.

Calor por fuera y una esponja en medio

Un Stirling encierra una cantidad fija de gas para siempre y lo pasea del lado caliente al frío: caliente, se expande y empuja; frío, se encoge y tira. Lo mueven el pistón de potencia, unido a la rueda, y el desplazador, que no hace fuerza y solo cambia el gas de sitio. Y lo decisivo es que el calor está fuera: la llama o la taza de café calientan una pared y el gas nunca toca el fuego. Por eso le vale cualquier fuente de calor, sea una llama, el sol concentrado o el calor que una fábrica iba a tirar.

Ahora, el límite. La eficiencia es la parte del calor que conviertes en movimiento, y ninguna máquina puede superar la eficiencia de Carnot, que solo depende de las dos temperaturas: 1 menos la fría entre la caliente, en kelvin. El 100 % exigiría un foco frío en el cero absoluto, a −273 °C, que es inalcanzable; lo impide la segunda ley de la termodinámica. Lo bonito es que el techo depende de la situación: una máquina de vapor antigua, a poco más de 100 °C, tenía un techo del 20-30 % y aprovechaba un 5-10 %; una central de ciclo combinado, por encima de los 1.000 °C, tiene un techo superior al 80 % y en la realidad ronda el 60 %.

Y aquí viene lo bueno: el ciclo Stirling ideal llega justo al techo, cosa que casi ningún ciclo puede presumir. El responsable es el regenerador, una esponja de calor en el paso del gas: cuando va de caliente a frío, le quita el calor y lo guarda; cuando vuelve, se lo devuelve, como si recogieras el agua caliente de la ducha para precalentar la de mañana. Con una esponja perfecta, el motor alcanza la eficiencia de Carnot. Pero ninguna lo es: lo que no recupera hay que reponerlo quemando más, y si la haces más densa para guardar más calor, al gas le cuesta más atravesarla. Por eso el Mod II de la NASA, de los mejores Stirling de la historia, llegaba al 38,5 % de eficiencia con la cabeza a 720 °C: más o menos el 57 % de su techo. Los mejores Stirling reales se mueven en torno al 50-65 %.

Doscientos años de casi

Robert Stirling tenía 26 años en 1816 y acababa de recibir licencia para predicar en la Iglesia de Escocia. Las calderas de vapor a alta presión explotaban con frecuencia y mataban obreros, y él buscó un motor sin vapor a presión. Su patente número 4081 describía un motor de aire caliente de ciclo cerrado con un economiser, el antepasado del regenerador. Sadi Carnot no publicó su teorema hasta 1824: Stirling dio con la pieza clave antes de que existiera la teoría que la explica. En 1818 uno bombeaba agua en una cantera, y hacia 1843, mejorado con su hermano James, movía una fundición en Dundee. Aun así ganó el vapor: los metales del XIX no aguantaban un foco siempre al máximo, y el vapor funcionaba con hierro corriente y agua barata.

En 1938 Philips lo resucitó y le dedicó unos 40 años y cientos de patentes; General Motors lo desarrolló bajo licencia, Ford montó uno de 170 CV en un Torino y tras la crisis del petróleo entró la NASA. Ninguno llegó al concesionario. Para dar potencia hay que llenarlo de helio o hidrógeno a presión, moléculas que se escapan por cualquier junta; el calor externo lo hace lento de reacción, y a igual potencia es más grande, pesado y caro. Para un coche, un desastre.

Donde esos defectos no importan, en cambio, gana. Los submarinos suecos de la clase Gotland llevan generadores Stirling de 75 kW: combustión externa, suave y sin explosiones, y un submarino muy difícil de oír. En el espacio, un generador Stirling convierte en electricidad en torno al 25-28 % del calor del plutonio, frente al 6 % del termoeléctrico del Perseverance, y necesita una cuarta parte del plutonio; la NASA canceló el suyo, el ASRG, en 2013 por recortes. Y Qnergy vende hoy Stirling de pistón libre que queman metano en vertederos y campos de gas: más de mil unidades, algunas con más de 40.000 horas.

La cuenta que cualquiera puede rehacer

Airthium apunta a uno de esos nichos: calor industrial, sin prisas. Su máquina es reversible, motor o bomba de calor, y en septiembre de 2025 publicó una ficha en el programa de bombas de calor de la Agencia Internacional de la Energía, con rendimientos «teóricos» y sin validación de terceros. Su caso estrella sube calor residual de 90 °C a 250 °C con un COP (calor movido por unidad de electricidad) de 1,9. El techo de Carnot de una bomba de calor es la temperatura caliente entre la diferencia, en kelvin: 523,15 entre 160 da 3,27. Y 1,9 entre 3,27 da un 58 % del techo.

Los otros casos serios de su tabla salen entre el 52 y el 63 %. Uno, con la fuente a 16 °C, da un 65-81 %, y tampoco llega al 86; otro, que sube el calor solo de 135 a 160 °C, se queda en un 18-21 % porque con un salto tan pequeño el techo se dispara. Y hay una pega honesta a mi cuenta: el 58 % es del modo bomba de calor, y el 86 % podría referirse al modo motor, que no tiene por qué dar lo mismo. Compararlos a pelo sería mezclar dos números que miden cosas distintas. Lo que sí se puede afirmar es que el 86 % llega sin condiciones y no aparece en los datos técnicos de la propia empresa, igual que nadie explica de dónde sale el 64 % del «estado del arte».

La ficha añade otro dato: la máquina está en TRL 4, en una escala de madurez de la NASA que va del 1 al 9, donde 9 es un producto funcionando en el mundo real y 4 un aparato validado en laboratorio. El piloto está previsto hacia 2028. Aun así, ese 58 % es un buen número: las bombas de calor industriales de alta temperatura actuales rondan el 40-60 % de su techo, la mayoría entre el 40 y el 50 %. Ni un milagro ni una estafa.

Así que el 86 %, hoy, no se sostiene: con sus números sale un 58 %, de un demostrador de laboratorio. Pero Airthium es el último capítulo de una historia de 210 años, en la que también está Azelio, que se gastó unos 400 millones de dólares en almacenamiento térmico con Stirling y quebró en julio de 2023. El motor lleva dos siglos listo; lo que ha faltado es el mundo a su alrededor, y por eso estos intentos me merecen respeto. La próxima vez que veáis una cifra espectacular, haceos dos preguntas: ¿lo han medido o es adonde quieren llegar? Y, aunque sea cierto en el laboratorio, ¿cuánto falta hasta el mundo real?