Electrificación de los procesos: un palanca eficaz para la descarbonización de la industria
Resumen
1. Electrificar para acelerar la descarbonización de la industria
2. ¿Cuáles son los procesos industriales que podrían electrificarse fácilmente?
3. ¿Cuáles son las soluciones técnicas desplegables para la descarbonización de la industria?
4. ¿Cuáles son los beneficios de la electrificación de los procesos?
5. ¿Cuáles son las otras soluciones para la descarbonización de la industria a largo plazo?
Electrificar para acelerar la descarbonización de la industria
La estrategia francesa para la energía y el clima es clara: alcanzar los objetivos de descarbonización pasará, además de los esfuerzos masivos para reducir el consumo de energía, por una creciente electrificación de los usos.
La idea es simple: sustituir la combustión de energías fósiles (por ejemplo, gas natural) por electricidad. Esta estrategia, sin embargo, incluye un requisito previo: la electricidad debe haber sido descarbonizada previamente. Buena noticia, en Francia, esto ya es en gran medida el caso. Según RTE, la proporción 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 proporción de electricidad en el consumo final de energía proyectada para 2050 (frente al 27% en 2021).
Fuente: Ministerio de Transición Ecológica
¿Cuáles son los procesos involucrados? ¿Cómo electrificar? ¿Qué palancas técnicas utilizar? ¿Cuáles son los beneficios?
Análisis de nuestro experto Sébastien Papouin, director técnico de energía.
¿Cuáles son los procesos industriales que podrían electrificarse fácilmente?
Deux grands types de process sont directement concernés et pourraient permettre la décarbonation de l’industrie :
- las actividades industriales que utilizan hornos alimentados con gas natural
- los procesos que requieren agua caliente y/o vapor
Existen muchos 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 desplegables para la descarbonización de la industria?
Hornos industriales
Siguiendo nuestra tipología, los hornos alimentados por gas natural pueden ser reemplazados por hornos eléctricos.
Esto se observa actualmente 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 la sustitución de los hornos alimentados por gas natural por hornos eléctricos también es posible, y más fácil de implementar, en otros campos, especialmente para cubrir los usos de cocción.
Cabe destacar que la evolución del proceso hacia la electricidad requiere anticipar el aumento de la potencia eléctrica necesaria en todo el sitio, así como los equipos asociados (transformadores, tableros eléctricos, etc.).
Agua caliente
La producción de agua caliente y vapor también se presta bien a la electrificación de los procesos, con diversas soluciones técnicas.
En primer lugar, es posible reemplazar la caldera de gas por una calefacción resistiva, es decir, una caldera eléctrica para producir agua caliente o vapor. Esto es viable para baja potencia.
Luego, una caldera de gas puede ser reemplazada por una (o varias) bombas de calor (PAC) que tienen un coeficiente de rendimiento alto. Actualmente, las PAC disponibles en el mercado permiten producir agua caliente hasta aproximadamente 100°C.
El escenario más interesante consiste en aprovechar 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 la 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 aprovechar, también existen soluciones. Es posible extraer calor del aire ambiente. Para alcanzar la temperatura útil, en este caso, se deben instalar PAC en serie, lo que aumenta el costo de inversión.
Otro ejemplo en el mundo de la concentración de líquidos con los evaporadores. 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 provenientes de la evaporación del agua del líquido a concentrar.
Calefacción/secado
Otra electrificación de los procesos es la calefacción y/o secado por radiación con infrarrojos, microondas, frecuencias altas. Tecnologías aplicables según la forma de los productos y el tipo de producto (interacción ondas/producto).
¿Cuáles son los beneficios de la electrificación de los procesos?
La sustitución del gas natural por electricidad, en Francia, aporta beneficios considerables en términos de reducción de emisiones de CO2 relacionadas con el proceso.
Por ejemplo, considerando el contenido de carbono de la electricidad en 2023, se estima que la electrificación de los procesos reducirá las emisiones de CO2 a una sexta parte, lo cual es una buena noticia para la descarbonización de la industria.
Pero la electrificación de los procesos también puede traer beneficios financieros, como lo muestra el estudio de caso del cliente a continuación:
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
Estudio de caso del 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
¿Cuáles son las otras soluciones para la descarbonización de la industria a largo plazo?
La sustitución de los 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 descarbonizado. Por tanto, no deberá producirse a partir de combustibles fósiles (por ejemplo, reformando el vapor de gas natural), como se hace actualmente en todo el mundo, sino por electrólisis, y los electrolizadores deberán funcionar con electricidad descarbonizada. Esta solución es técnicamente viable, pero el mercado está en sus inicios y actualmente hay poca disponibilidad de hidrógeno verde.
