Electrificación de procesos: una palanca eficaz para descarbonizar la industria
Electrificación para acelerar la descarbonización de la industria
La estrategia energética y climática de Francia es clara: si queremos alcanzar nuestros objetivos de descarbonización, tendremos que recurrir cada vez más a la electrificación junto con esfuerzos masivos para reducir el consumo de energía.
La idea es sencilla: sustituir la combustión de combustibles fósiles (gas natural, por ejemplo) por electricidad. Sin embargo, hay un requisito previo para esta estrategia: primero hay que descarbonizar la electricidad. La buena noticia es que en Francia esto ya es así en gran medida. Según la RTE, la proporción de electricidad descarbonizada alcanzará el 92,2% en 2023.
Transporte, edificios, producción de hidrógeno… muchos sectores ofrecen potencial para la electrificación. Y, por supuesto, ciertos procesos industriales.
56%
Proporción de la electricidad en el consumo final de energía previsto para 2050 (frente al 27% en 2021.)
Fuente: Ministerio francés de Ecología.
¿Qué procesos están implicados? ¿Cómo se electrifica? ¿Qué palancas técnicas deben utilizarse? ¿En qué le beneficia?
Ideas de nuestro experto Sébastien Papouin, Director Técnico de Energía.
¿Qué procesos industriales podrían electrificarse fácilmente?
Dos tipos principales de procesos se ven directamente afectados y podrían contribuir a descarbonizar la industria:
- actividades industriales que utilizan hornos alimentados por gas natural
- procesos que requieren agua caliente y/o vapor
Hay muchos usos posibles, ya sea para agua caliente sanitaria a 55-60°C para lavar, para cocinar a 75-85°C para la pasteurización de la leche, o para vapor a 7-8 bares.
¿Qué soluciones técnicas pueden desplegarse para descarbonizar la industria?
Hornos industriales
Volviendo a nuestra tipología, los hornos de gas natural pueden sustituirse por hornos eléctricos.
Actualmente lo estamos viendo en la industria pesada, como la siderurgia, con el uso de hornos de arco eléctrico en lugar de hornos de fusión. También hay ejemplos en la industria del vidrio.
Pero sustituir los hornos de gas natural por hornos eléctricos también es posible -y más sencillo de aplicar- en otros ámbitos, sobre todo para cocinar.
Hay que tener en cuenta que el paso a un proceso eléctrico implica prever el aumento de la potencia eléctrica necesaria en toda la obra, así como los equipos asociados (transformadores, armarios eléctricos, etc.).
Agua caliente
La producción de agua caliente y vapor también se presta bien a la electrificación de los procesos, con diferentes soluciones técnicas.
En primer lugar, la caldera de gas puede sustituirse por calefacción resistiva, es decir, una caldera eléctrica para producir agua caliente o vapor. Esto es posible en instalaciones de baja potencia.
En segundo lugar, una caldera de gas puede sustituirse por una o varias bombas de calor, que tienen un alto coeficiente de rendimiento. Actualmente, las bombas de calor disponibles en nuestro catálogo pueden producir agua caliente a temperaturas de hasta unos 100°C.
El escenario más interesante implica utilizar una fuente de calor residual del proceso para alimentar la bomba de calor (que elevará la temperatura hasta la temperatura útil). Algunas actividades agroalimentarias se prestan especialmente a ello, como es el caso de la producción frigorífica.
Vapor de alta y baja presión
Para producir vapor a una presión más alta, también existen bombas de calor no estándar, hechas a medida, que pueden producir vapor directamente a 7 bares (unos 170°C), por ejemplo. La bomba de calor se convierte entonces en la caldera de vapor del proceso.
También existen soluciones para las actividades industriales que no disponen de una fuente de calor residual que recuperar. El calor puede extraerse del aire ambiente. Para alcanzar la temperatura necesaria, las bombas de calor deben instalarse en serie, lo que aumenta el coste de la inversión.
Otro ejemplo en el mundo de la concentración de líquidos son los evapoconcentradores. La fuerza motriz del vapor se sustituye por una MVC (compresión mecánica de vapor) o MVR (recompresión mecánica de vapor) que aumenta la presión, y por tanto la temperatura, del vapor producido por la evaporación del agua del líquido a concentrar.
Calentamiento/secado
Otra electrificación de los procesos es el calentamiento y/o secado por radiación mediante infrarrojos, microondas y alta frecuencia. Tecnologías aplicables en función de la forma de los productos y del tipo de producto (interacción onda/producto).
¿Cuáles son las ventajas de electrificar los procesos?
La sustitución del gas natural por electricidad en Francia está aportando beneficios considerables en términos de reducción de las emisionesde CO2 relacionadas con los procesos.
Por ejemplo, basándose en el contenido de carbono de la electricidad en 2023, se calcula que la electrificación de los procesos supondrá una reducción de 6 veces en las emisiones deCO2, lo que es una buena noticia para la descarbonización de la industria.
Pero la electrificación de los procesos también puede reportar beneficios económicos, como muestra el estudio de caso de un cliente que figura a continuación:
32 gCO2/kWh
Intensidad de carbono de la generación de electricidad en Francia en 2023 (en comparación con los más de 200 g deCO2/kWh de la combustión de gas natural)
Fuente: RTE
Estudio de caso de un cliente :
- Proceso inicial: caldera de gas para producir agua caliente a 90°C
- Potencia: 900 kW de calor
- Solución técnica: sustituir la caldera por bombas de calor en serie (fuente de frío: aire ambiente)
→ Ahorro anual en OPEX: 75.000 euros
Fuente : Dametis
¿Qué otras soluciones existen para descarbonizar la industria a largo plazo?
La sustitución de los combustibles fósiles por hidrógeno es otra solución. En este caso, podría decirse que se trata de una electrificación indirecta de los procesos. De hecho, para alcanzar los objetivos de descarbonización de la industria, el propio hidrógeno utilizado tendrá que descarbonizarse. Por tanto, no tendrá que producirse a partir de combustibles fósiles (reformando al vapor el gas natural, por ejemplo), como ocurre actualmente en todo el mundo, sino por electrólisis, con los propios electrolizadores alimentados por electricidad descarbonizada. Esta solución es técnicamente viable, pero el mercado aún está en pañales y actualmente hay pocohidrógeno verde disponible.
