Descarbonización industrial

Gran parte de la necesidad energética de la industria viene del llamado calor industrial, el que se emplea en los procesos propios de esta actividad. Y es que el calor se necesita para una amplia gama de aplicaciones industriales, como calentar fluidos, generar vapor, llevar a cabo reacciones químicas, secar materiales, fundir metales o también proporcionar calefacción en las instalaciones. Además, por su gran variación de aplicaciones, el calor industrial suele requerir diferentes niveles de temperatura y cantidades de calor, según las necesidades específicas de cada proceso.

Históricamente, para generar este calor se han empleado combustibles fósiles, como gas natural, petróleo y carbón en calderas y hornos industriales. Sin embargo, el creciente interés en la sostenibilidad y la búsqueda de una reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, hacen que la industria busque cada vez más fuentes de calor renovables y más eficientes energéticamente. No hay duda de que la descarbonización de la industria a través de la electrificación es fundamental para avanzar en la lucha contra el cambio climático. Además, la electrificación permite un uso más eficiente de la energía a la vez que posibilita la implementación de tecnologías de control y monitoreo más avanzadas, lo que da como resultado una gestión más precisa y eficiente de los procesos industriales.

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Alternativas renovables de calor industrial para descarbonizar la industria

Ante la necesidad de diferentes niveles de calor, hay variadas alternativas renovables para ofrecer un calor industrial verde que permita el avance en la descarbonización de la industria. Así pues, en función de la temperatura que se busque, las mejores opciones serán diferentes. 

- Temperaturas altas, de más de 500º C

En el caso de buscar temperaturas altas, existen hornos eléctricos para muchas aplicaciones. En otros casos, cuando esto no es posible, el biometano o el hidrógeno verde son las mejores opciones. El biometano es una forma de metano, el principal componente del gas natural, pero su producción proviene de fuentes renovables y no de fuentes fósiles. Por ello, en aquellos lugares donde existen recursos adecuados y una infraestructura de gas natural establecida, el biometano puede ser una opción atractiva y sostenible para el calor industrial, si bien la disponibilidad de biometano es limitada.

Por su parte el hidrógeno verde, aquel que se produce a partir de fuentes de energía renovable, puede ser utilizado como combustible en calderas y hornos industriales, sustituyendo a los combustibles fósiles tradicionales. El hidrógeno verde tiene una alta densidad energética y se puede almacenar y transportar, lo que permite una mayor flexibilidad en la distribución y utilización del calor. Aunque es importante tener en cuenta que la producción de hidrógeno verde a gran escala requiere una mayor disponibilidad de energía renovable y una infraestructura adecuada para su producción y distribución. 
 

- Para temperaturas medias y altas, entre 100º y 500º C

Aquí se encuentra el abanico más grande de opciones renovables de calor industrial para favorecer la descarbonización y la electrificación de la industria. Una de ellas es la biomasa, a través de diferentes formas como astillas de madera, residuos agrícolas y forestales de proximidad, residuos de la industria alimentaria o biogás, que contiene principalmente metano y, al igual que los anteriores, también puede ser utilizado como combustible en calderas para generar calor industrial. Entre sus principales ventajas está el hecho de que utiliza residuos renovables que de otra manera se desecharían, lo que contribuye a la reducción de residuos y emisiones, y que estos son una fuente de energía local, lo que puede reducir la dependencia de los combustibles fósiles importados.

Otra solución son las calderas eléctricas que, en lugar de quemar combustibles fósiles, como el gas natural o el petróleo, utilizan resistencias eléctricas para convertir la energía eléctrica obtenida de fuentes renovables en calor. Entre sus principales características se encuentra su alta eficiencia energética en comparación con las calderas de combustión, que no generan emisiones directas de gases contaminantes ni de dióxido de carbono durante su funcionamiento y que permiten un control preciso de la temperatura, lo que puede ser beneficioso en aquellos procesos en los que se requiera un control estricto de esta. 

En casos en los que se necesiten temperaturas medias y altas también se puede contemplar el almacenamiento térmico. Esta tecnología permite almacenar energía generada con fuentes renovables y utilizar este calor generado en procesos industriales en momentos en los que no se requiere de forma inmediata. Existen diferentes métodos de almacenamiento térmico utilizados en calor industrial:

• Almacenamiento de calor sensible: Se emplea un medio o material que puede retener y liberar calor en función de los cambios de temperatura. Los más utilizados son piedras, ladrillos, sales fundidas u otros materiales de cambio de fase. 
• Almacenamiento de calor latente: En calor se almacena en un material que cambia de fase durante el proceso de carga y descarga térmica y cuando cambia de estado, por ejemplo, de sólido a líquido o de líquido a gas, absorbe o libera una gran cantidad de calor latente. Por ejemplo, pueden ser sales, parafinas o materiales de cambio de fase orgánicos.
• Almacenamiento de calor químico: Aquí el almacenamiento se produce a través de una reacción química que absorbe o libera energía térmica. Se utilizan materiales químicos que pueden descomponerse o reaccionar químicamente para almacenar o liberar calor. Algunos ejemplos incluyen la utilización de hidruros metálicos o reacciones endotérmicas y exotérmicas.

Como principales ventajas, el almacenamiento térmico permite gestionar de una manera eficiente la energía térmica, ya que el calor se puede almacenar durante períodos de baja demanda y utilizarse en momentos de alta demanda, optimizando así el uso de fuentes de energía renovable intermitentes, como la energía solar o eólica. Además, puede mejorar la flexibilidad y la estabilidad del sistema eléctrico, ya que funciona como una batería térmica, aprovechando excedentes de renovables y eliminando los vertidos, facilitando una mayor penetración de renovables en el sistema.

- Para temperaturas bajas, menos de 100ºC

Si se buscan opciones renovables para calor industrial con temperaturas bajas y que permitan avanzar hacia la descarbonización de la industria, la aerotermia y las bombas de calor son las más indicadas. La aerotermia utiliza el aire ambiente como fuente de energía para generar calor mediante el uso de bombas de calor. Estas bombas de calor extraen el calor del aire, incluso a bajas temperaturas, y lo transfieren a un sistema de calefacción o agua caliente para su uso en aplicaciones industriales. Esto hace que tengan un rendimiento energético superior en comparación con las tecnologías de calefacción convencionales. Por cada unidad de energía eléctrica consumida, una bomba de calor puede generar varias unidades de energía térmica.

Además, la aerotermia y las bombas de calor no generan emisiones directas de gases de efecto invernadero durante su funcionamiento y son muy versátiles, pueden ser utilizadas para aplicaciones de calefacción industrial, para procesos específicos en la industria o para sistemas de climatización en combinación con unidades de refrigeración, lo que brinda mayor flexibilidad en la regulación de la temperatura en diferentes procesos. Tampoco necesita un área específica para almacenar combustibles o instalar equipos de combustión.
 

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Redes de calor ¿qué son? 

Las redes de calor que reutilizan el calor sobrante de un proceso productivo para darle un segundo uso se conocen como redes de calor de recuperación o redes de calor de proceso. Estas redes aprovechan el exceso de calor generado en actividades industriales y lo canalizan hacia usos adicionales como por ejemplo para cubrir las necesidades de calefacción en edificios cercanos. De esta forma, se maximiza la eficiencia energética al evitar que el calor se desperdicie y se disipe en el medio ambiente, reduciendo así la demanda de energía adicional y, en consecuencia, las emisiones de carbono. Eso sí, para que este tipo de red sea efectiva, necesita que, ya sean los procesos industriales o los edificios en los que se vaya a emplear, estén próximos. De esta manera, el calor residual puede transferirse de manera eficiente a través de una red de tuberías a los puntos de uso.

Se trata por tanto de una forma efectiva de aprovechar la energía residual de los procesos industriales y reducir así el impacto ambiental de estos. Estas redes mejoran la eficiencia energética, ofrecen beneficios económicos y contribuyen a la transición hacia un modelo más sostenible.