Descarbonización: su estrategia para alcanzar las emisiones netas cero en las industrias de procesos
La descarbonización ya no es una opción, sino la estrategia para el futuro de las industrias de procesos: aunque sectores como el químico, el siderúrgico y el del petróleo y el gas se enfrentan a un arduo camino hacia las emisiones netas cero, todas las operaciones tienen una gran oportunidad de reducir su huella de carbono
Síntesis
- Doble reto: las industrias de procesos esenciales (por ejemplo, la química, la siderúrgica, la cementera y la energética) deben abordar la elevada intensidad energética de sus operaciones, además de las emisiones inherentes a sus procesos.
- Cuatro pilares fundamentales: Alcanzar el objetivo de cero emisiones netas depende de una estrategia clara basada en cuatro pilares: optimización de procesos, combustibles limpios, energías renovables y economía circular.
- Reducción específica: El éxito comienza por minimizar los residuos y las emisiones directas, aprovechando tecnologías como la CCUS (captura, utilización y almacenamiento de carbono).
- Transición hacia las energías limpias: esta transición imprescindible implica adoptar combustibles como el hidrógeno verde e integrar fuentes de energía renovables mediante la electrificación.
- Estrategia por fases: la implementación debe seguir un enfoque por fases para gestionar los riesgos, garantizar un aprendizaje continuo y generar impulso hacia el éxito de la descarbonización.Acción colectiva: acelerar la transición requiere una sólida colaboración a lo largo de toda la cadena de valor y aprovechar la experiencia de los proveedores de instrumentación y tecnología.
¿Qué es la descarbonización?
La descarbonización es el proceso de reducir el impacto medioambiental de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Consiste en reducir las emisiones, capturar el carbono, optimizar la eficiencia de los procesos y pasar a utilizar fuentes de combustible alternativas. Más que una tendencia, es una respuesta fundamental al cambio climático, impulsado por las emisiones de gases de efecto invernadero. Por lo tanto, aunque algunas industrias son intrínsecamente más intensivas en carbono que otras, cada industria de procesos tiene potencial para una mitigación significativa. De hecho, la descarbonización industrial se ha convertido en un tema de interés en todos los sectores empresariales.
Las cuestiones relacionadas con la contaminación son tan urgentes que se han convertido en un desafío global crucial que exige medidas inmediatas y decisivas para cumplir con los imperativos medioambientales relacionados con el cambio climático, incluidos los objetivos de emisiones netas cero, establecidos por consenso internacional, como el Acuerdo de París.
¿Está listo para afrontar el reto de las emisiones netas cero y mejorar la reducción de la huella de carbono de su empresa? Este artículo desentraña la complejidad y le muestra los métodos prácticos de descarbonización y el papel fundamental de la tecnología en las industrias de procesos
Cómo abordar los retos a los que deben hacer frente los procesos más intensivos en carbono
Algunas industrias deben hacer frente a enormes retos en su camino hacia la descarbonización como consecuencia de la alta intensidad de carbono inherente en sus procesos clave. Es el caso, por ejemplo, de las industrias dedicadas a la:
- Producción de productos químicos y refinación de petróleo: el proceso de refinación, en especial la producción de hidrógeno mediante reformado de metano con vapor del gas natural (SMR, por sus siglas en inglés), es una fuente importante de emisiones de dióxido de carbono. Este hidrógeno es esencial en diferentes procesos, incluido el hidrotratamiento, mediante el cual se elimina el azufre y otras impurezas de los productos refinados. Este mismo proceso también se utiliza para fabricar el amoníaco utilizado en la producción de fertilizantes, así como en otros procesos de fabricación importantes.
- Fabricación de cemento y cal: en la producción de cemento y cal se lleva a cabo un proceso denominado calcinación, que se realiza a altas temperaturas y durante el cual se libera dióxido de carbono como subproducto. Asimismo, el uso intensivo de combustibles fósiles como el carbón y el coque de petróleo en estos procesos incrementa aún más su huella de carbono.
- Obtención de hierro y acero: la transformación del mineral de hierro en hierro y acero, que depende en gran medida del uso de altos hornos y hornos de oxígeno básico, libera cantidades significativas de dióxido de carbono. A ello se añade el alto consumo energético de los procesos posteriores, como la moldeación continua, el laminado en caliente y otras operaciones de conformado.
- Alimentos y bebidas: desde la agricultura y el abastecimiento de ingredientes hasta el procesamiento, el envasado y la distribución, el sector de los alimentos y bebidas depende en gran medida de combustibles fósiles en varias etapas, lo que aumenta su huella de carbono total.
Aunque esenciales para la sociedad moderna, estas industrias son las responsables de una parte significativa de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Solo en Estados Unidos, representan más del 75 % de las emisiones totales de dióxido de carbono de la industria.
Las industrias contribuyen de manera significativa a las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
Perspectiva
Las industrias químicas, petroleras, de cemento y cal, de hierro y acero, y de alimentos y bebidas son responsables de más del 75 % de las emisiones industriales totales de dióxido de carbono.
Fuente: ourworldindata.org
Reducir estas emisiones no solo es necesario para proteger el medio ambiente, también para cumplir con los compromisos corporativos en materia medioambiental, social y de gobernanza (ESG) y garantizar la sostenibilidad económica a largo plazo.
Abordar los retos interrelacionados entre sí que plantean la intensidad energética y las emisiones de los procesos
Por si fuera poco, muchos de estos procesos intensivos en carbono también demandan una gran cantidad de energía. Esto plantea un doble reto: disminuir las emisiones generadas por los propios procesos y, a la vez, descarbonizar las fuentes de energía utilizadas para llevarlos a cabo.
Las refinerías, por ejemplo, requieren enormes cantidades de energía para llevar a cabo procesos como el hidrocraqueo, la destilación atmosférica y el craqueo catalítico. La dependencia de los combustibles fósiles para cubrir esta demanda energética incrementa notablemente el impacto ambiental de estos procesos.
Las refinerías modernas presentan numerosas oportunidades para la descarbonización.
La producción de cemento y cal se basa en gran medida en el uso de hornos rotatorios en los que se lleva a cabo un proceso conocido como calcinación, en el cual, la piedra caliza y otros minerales se someten a altas temperaturas. En este proceso se liberan cantidades significativas de dióxido de carbono, y la antigüedad de la planta influye notablemente en su eficiencia. Las plantas más antiguas a menudo carecen de sistemas avanzados de precalentamiento, lo que se traduce en una menor recuperación de calor y una disminución en la eficiencia energética y de los procesos en general.
Para aumentar la eficiencia energética, las materias primas de la planta de cemento pueden precalentarse antes de introducirlas al horno.
Los procesos de producción de hierro, acero y otros metales requieren grandes cantidades de energía para su calentamiento, fusión y moldeado, y a menudo dependen enormemente de combustibles fósiles como el gas natural y el carbón. A fin de hacer frente a estos retos interrelacionados entre sí, los procesos industriales deben implementar una estrategia integral de descarbonización que se base en cuatro pilares, cada uno de los cuales destaca las áreas fundamentales que es necesario abordar para hacer posibles unas operaciones sin emisiones.
Los cuatro pilares de una estrategia de descarbonización robusta
Estrategia
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Reducir las emisiones
El primer pilar hace hincapié en minimizar o eliminar los subproductos residuales directos de dióxido de carbono que se generan durante los procesos. Algo que a menudo requiere un cambio de paradigma operativo y la implementación de tecnologías innovadoras. Por lo general, la optimización de procesos normalmente implica modificar las operaciones existentes para minimizar el consumo energético y la generación de residuos. Esto se puede lograr mediante el uso de sistemas avanzados de control de procesos, el análisis de datos y la implementación de mejores prácticas en la gestión de recursos. Los datos necesarios para ello pueden obtenerse a partir de la instrumentación, ya existente en algunos casos, o incorporarla en otros. Asimismo, también es necesario investigar y optar por tecnologías alternativas que, de por sí, sean menos intensivas en carbono. Esto puede incluir la transición a fuentes de energía renovable y electrificada en los casos en los que sea posible, la utilización de equipos más eficientes y la implementación de tecnologías de captura y almacenamiento de carbono (CCUS, por sus siglas en inglés) para las emisiones que no es posible evitar. El principal objetivo principal del sistema CCUS es, por ejemplo, evitar la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera mediante la recolección y el almacenamiento de los gases de escape que se generan durante los procesos. En ciertos casos, es posible que sea necesario rediseñar de forma sustancial el proceso implicado para lograr una reducción significativa de las emisiones. Así, por ejemplo, puede ser necesario optar por nuevos métodos de producción, utilizar materias primas alternativas o buscar compuestos químicos que disminuyan o eliminen la generación de dióxido de carbono.
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Uso de combustibles limpios
El segundo pilar se centra en abandonar los combustibles fósiles en favor de alternativas más limpias, como el hidrógeno para generar energía y poder así descarbonizar los procesos industriales. El hidrógeno verde se obtiene mediante la electrólisis de agua utilizando fuentes de energía renovables, generando así un combustible completamente libre de carbono. Este tiene un enorme potencial en diversas aplicaciones de procesos industriales, como, por ejemplo, la sustitución del gas natural en procesos a altas temperaturas y su uso como materia prima para la producción de productos químicos y combustibles con un bajo contenido de carbono. Los biocombustibles se obtienen a partir de fuentes renovables, como residuos agrícolas, desechos de madera y otras materias orgánicas, por lo que son una alternativa más sostenible que los combustibles fósiles. Si bien su combustión libera dióxido de carbono, estos procesos se consideran neutros en carbono, ya que el carbono que se emite se ha absorbido previamente de la atmósfera durante el crecimiento de las materias primas en los que se basan.
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Descarbonización del consumo energético
El tercer pilar destaca la importancia de la transición a fuentes de energía más limpias en todos los aspectos implicados con el consumo energético, desde el suministro de maquinaria y equipos hasta la generación de calor para distintos procesos. Para ello, es esencial integrar fuentes de energía renovables (como la solar, la eólica, la hidroeléctrica y la geotérmica) en el mix energético. Esto puede implicar la generación en campo a través de parques solares o turbinas eólicas, la adquisición de energía renovable de empresas de servicios públicos y la participación en acuerdos de compra de energía renovable. Siempre que sea factible, la electrificación (iniciativa que consiste en sustituir los procesos tradicionales basados en combustibles fósiles por alternativas eléctricas) puede reducir significativamente las emisiones. Esto es especialmente importante en procesos como la calefacción y el transporte, en los que las alternativas eléctricas son cada vez más viables y rentables.
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Reducción de residuos y productos para la circularidad y la eficiencia
El cuarto pilar destaca la importancia de minimizar la generación de residuos a lo largo de todo el proceso productivo con el fin de reducir tanto el consumo energético como las emisiones. La implementación de sistemas avanzados de control de procesos y análisis de datos, respaldados por la instrumentación, puede ayudar a identificar ineficiencias y optimizar los procesos para minimizar la generación de residuos en origen. Además, los flujos de residuos pueden reutilizarse para fabricar productos valiosos o materias primas destinadas a otras aplicaciones, lo que contribuye a una economía circular y reduce el impacto ambiental de los subproductos. Al implementar este pilar, las organizaciones promueven un cambio de mentalidad, pasando del modelo lineal de "extraer, fabricar, desechar" a los principios de la economía circular, que se enfocan en reutilizar, readaptar y mantener los recursos en circulación el mayor tiempo posible. Esta filosofía es esencial para garantizar una sostenibilidad a largo plazo.
Fomentar el éxito duradero con un enfoque escalonado
El camino hacia la descarbonización de los procesos industriales complejos es más efectivo siguiendo un enfoque gradual, centrado en alcanzar mejoras incrementales pero significativas a lo largo del tiempo. Esto permite:
- Llevar a cabo un proceso de aprendizaje y optimización continuos, en los que cada fase aporta valiosos datos y conocimientos que pueden utilizarse para mejorar las estrategias a seguir. De esta forma se garantiza la mejora continua y la optimización de las iniciativas de descarbonización implementadas.
- Realizar unas inversiones sostenibles y mitigar los riesgos, es decir, llevar a cabo una asignación estratégica de las inversiones que minimice los riesgos financieros asociados a tecnologías a gran escala no comprobadas.
- Fomentar el cambio y constatar el éxito. El éxito durante las fases iniciales genera confianza tanto a nivel interno como externo, atrae más inversiones y acelera la transición hacia un futuro con cero emisiones netas.
Así por ejemplo, muchas empresas que están avanzando hacia la descarbonización, actualmente utilizan alternativas que generan menos emisiones de carbono en lugar de los combustibles fósiles convencionales, como el gas natural, los denominados combustibles de transición. El gas natural emite aproximadamente la mitad del dióxido de carbono que el carbón durante su combustión y puede transportarse fácilmente como gas natural licuado (GNL) a regiones sin recursos nativos de este gas, actuando como una solución intermedia hasta que sea posible utilizar fuentes de energía totalmente descarbonizadas.
Acelerar la transición gracias a la colaboración y los avances tecnológicos
La descarbonización de los procesos no debe considerarse una tarea individual, sino un esfuerzo colectivo que requiere la colaboración y el intercambio de conocimientos entre industrias, cadenas de valor y proveedores de tecnología. La colaboración abierta en torno a estrategias exitosas, desafíos encontrados y lecciones aprendidas puede acelerar el progreso e inspirar la innovación en todo el sector.
Perspectiva
La descarbonización de los procesos no debe considerarse una tarea individual, sino un esfuerzo colectivo que requiere la colaboración y el intercambio de conocimientos entre industrias, cadenas de valor y proveedores de tecnología.
Asimismo, para alcanzar una descarbonización completa, también es esencial colaborar con los proveedores y clientes para impulsar prácticas sostenibles y disminuir las emisiones en toda la cadena de valor. Los actores del sector también deben aprovechar la experiencia y las soluciones innovadoras de las empresas tecnológicas especializadas en automatización, instrumentación, análisis de datos, energías renovables y optimización de procesos, para agilizar la adopción estratégica de la descarbonización.
Empresas como Endress+Hauser desempeñan un papel crucial en esta transición, ya que ofrece tecnologías avanzadas de instrumentación, soluciones de conectividad para plantas, conocimientos basados en datos y una profunda comprensión de los procesos industriales para ayudar a las empresas a optimizar sus operaciones, reducir su impacto ambiental y alcanzar ambiciosos objetivos de sostenibilidad.
Un esfuerzo colectivo hacia un futuro sostenible
La descarbonización de la economía global, especialmente de los procesos industriales, supone un desafío colosal. Sin embargo, es un objetivo viable que permitirá obtener unos efectos positivos significativos y duraderos. Si bien lograr la descarbonización completa e inmediata no es realista en determinados procesos, el compromiso con la mejora continua, la implementación de innovaciones y el fomento de la colaboración allanarán el camino hacia un futuro más limpio y sostenible.
El camino hacia las cero emisiones netas requiere un enfoque multifactorial: minimizar los desechos, optar por combustibles limpios y fuentes de energía renovables y aplicar prácticas de economía circular para reducir la generación de residuos. Estos cuatro pilares, junto con el poder de la tecnología, la acción colectiva y el aprendizaje continuo, los procesos industriales pueden liderar las iniciativas de descarbonización, logrando emisiones netas cero y creando un entorno más sostenible para las generaciones futuras.
