Electrificación de procesos: una palanca eficaz para la descarbonización de la industria
Electrificar para acelerar la descarbonización de la industria
La estrategia francesa para la energía y el clima es clara: el logro de los objetivos de descarbonización pasará –paralelamente a esfuerzos masivos de reducción del consumo de energía– por una creciente electrificación de los usos.
La idea es simple: sustituir la combustión de energías fósiles (gas natural, por ejemplo) por electricidad. Sin embargo, esta estrategia incluye un requisito previo: la electricidad debe haber sido previamente descarbonizada. La buena noticia es que, en Francia, esto ya es en gran medida el caso. Según RTE, la cuota de electricidad descarbonizada alcanzó el 92,2% en 2023.
Transporte, edificios, producción de hidrógeno… muchos sectores ofrecen un potencial de electrificación. Y, por supuesto, algunos procesos industriales.
56%
La cuota de electricidad en el consumo final de energía proyectada para 2050 (frente al 27% en 2021).
Fuente: Ministerio de Transición Ecológica
Quels sont les process concernés ? Comment électrifier ? Quels leviers techniques actionner ? Pour quels gains ?
Eclairage de notre expert Sébastien Papouin, directeur technique énergie.
¿Cuáles son los procesos industriales que podrían electrificarse fácilmente?
Dos grandes tipos de procesos están directamente implicados y podrían permitir la descarbonización de la industria:
- actividades industriales que utilizan hornos alimentados con gas natural
- procesos con necesidades de agua caliente y/o vapor
Existen numerosos casos de uso, ya sea para agua caliente sanitaria a 55-60°C para lavados, por ejemplo, para cocción a 75-85°C para la pasteurización de la leche, por ejemplo, o para necesidades de vapor a 7-8 bares.
¿Cuáles son las soluciones técnicas implementables para la descarbonización de la industria?
Hornos industriales
Para retomar nuestra tipología, los hornos alimentados por gas natural pueden ser reemplazados por hornos eléctricos.
Actualmente lo vemos en la industria pesada, como la siderurgia, con el uso de hornos de arco eléctrico en lugar de hornos de fusión. También se encuentran ejemplos en el ámbito de la cristalería.
Pero el reemplazo de hornos alimentados por gas natural por hornos eléctricos también es posible –y más sencillo de implementar– en otros ámbitos, en particular para cubrir los usos de cocción.
Cabe señalar que la evolución del proceso hacia la electricidad implica anticipar el aumento de la potencia eléctrica necesaria en todo el sitio, 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 procesos, con diferentes soluciones técnicas.
En primer lugar, es posible reemplazar la caldera de gas por un calentamiento resistivo, es decir, una caldera eléctrica para producir agua caliente o vapor. Esto es factible para baja potencia.
Luego, una caldera de gas puede ser reemplazada por una (o varias) bomba(s) de calor (PAC) que se benefician de un alto coeficiente de rendimiento. Actualmente, las PAC disponibles en catálogo permiten producir agua caliente hasta aproximadamente 100°C.
El caso más interesante consiste en valorizar una fuente de calor residual del proceso para alimentar la PAC (que elevará la temperatura hasta la temperatura útil). Algunas actividades agroalimentarias se prestan particularmente bien a esto, como en el caso de una producción frigorífica.
Vapor de alta y baja presión
Para producir vapor a mayor presión, también existen PAC no estandarizadas, hechas a medida, que pueden producir directamente vapor a 7 bares (alrededor de 170 °C), por ejemplo. La PAC se convierte entonces en la caldera de vapor del proceso.
Para las actividades industriales que no disponen de una fuente de calor residual para valorizar, también existen soluciones. Es posible extraer el calor del aire ambiente. Para alcanzar la temperatura útil, en este caso es necesario instalar PAC en serie, lo que aumenta el costo de inversión.
Otro ejemplo en el mundo de la concentración de líquidos con los evaporadores-concentradores. La fuerza motriz del vapor es reemplazada por una CMV (compresión mecánica de vapor) o RMV (recompresión mecánica de vapor) que aumenta la presión, y por lo tanto la temperatura, de los vapores resultantes de la evaporación del agua del líquido a concentrar.
Calefacción/secado
Otra electrificación de procesos es la calefacción y/o secado por radiación con infrarrojos, microondas, altas frecuencias. Tecnologías aplicables según la forma y el tipo de producto (interacción ondas/producto).
¿Cuáles son los beneficios de la electrificación de procesos?
La sustitución del gas natural por electricidad, en Francia, aporta considerables beneficios en términos de reducción de las emisiones de CO2 relacionadas con el proceso.
Por ejemplo, al considerar el contenido de carbono de la electricidad en 2023, se estima que la electrificación de los procesos resultará en una reducción de 6 veces las emisiones de CO2, una buena noticia para la descarbonización de la industria.
Pero la electrificación de procesos también puede aportar beneficios financieros, como muestra el siguiente caso de estudio de cliente:
32 g CO2/kWh
La intensidad de carbono de la producción de electricidad en Francia en 2023 (frente a más de 200 g CO2/kWh para el gas natural en combustión)
Fuente: RTE
Caso de estudio de cliente:
- Proceso inicial: caldera de gas para la producción de agua caliente a 90°C
- Potencia: 900 kW de calor
- Solución técnica: reemplazo de la caldera por PAC en serie (fuente fría: aire ambiente)
→ Ahorro anual en OPEX: 75.000 €
Fuente: Dametis
¿Qué otras soluciones de descarbonización de la industria a largo plazo?
El reemplazo de combustibles fósiles por hidrógeno también es una solución. Se podría decir que, en este caso, se trata de una electrificación indirecta de los procesos. De hecho, para alcanzar los objetivos de descarbonización de la industria, el hidrógeno utilizado deberá ser, a su vez, descarbonizado. Por lo tanto, no deberá producirse a partir de combustibles fósiles (por reformado con vapor de gas natural, por ejemplo), como ocurre mayoritariamente en el mundo en la actualidad, sino por electrólisis, alimentando los electrolizadores con electricidad descarbonizada. Esta solución es técnicamente viable, pero el mercado es incipiente y, por el momento, hay poco hidrógeno verde disponible.
