Innovaciones imprescindibles en la Industria hacia la sostenibilidad

Nada será posible si seguimos en la misa ruta de producción y consumo, Las innovaciones así como las nuevas regulaciones y subvenciones están orientando a la industria hacia un tipo de proceso más limpio y sintonizado con los objetivos de descarbonización. Hay, entonces, innovaciones imprescindibles de la industria que se orientan a la sostenibilidad del planeta

Por Jesus Miguel Castañeda Mayurí

Estamos haciendo seguimiento a algunos reportes energéticos sobre las emisiones de la industria, que nos llevan a ciertas conclusiones prácticas pero efectivas. Según uno de los informes de la Agencia Internacional de Energía ( IAE ) las emisiones industriales directas de CO2, incluidas las emisiones de procesos, disminuyeron un 0,6% a 8,5 GtCO2 en 2018 (24% de las emisiones globales), similar a la tendencia de emisiones relativamente planas de los últimos años. Pero si queremos alcanzar los objetivos trazados en el Acuerdo de Paris esto es peligrosamente insuficiente. La modesta disminución se produjo principalmente en las industrias que no consumen mucha energía. Para alinearse con un escenario de desarrollo sostenible (SDS), las emisiones de la industria deben caer un 1,2% anual a 7,4 GtCO2 para 2030, a pesar del crecimiento esperado de la producción industrial. 

Ante este enunciado, la industria debe cumplir un rol de transformación esencial. Se necesita un trabajo integrado a partir de diversas acciones interdependientes como una mayor eficiencia energética, la adopción de combustibles renovables, la investigación y el despliegue de rutas de procesos con bajas emisiones de carbono e incluso la Captura y Almacenamiento de Carbono ( CAC ).

Los gobiernos de la Unión Europea, aquí cumplen un rol estructural. Más aun en el escenario del nuevo presupuesto aprobado en el marco de la recuperación económica por la pandemia y sustentados en las políticas que trae consigo el Pacto Verde Europeo. Pueden acelerar el progreso proporcionando financiación para la innovación y, a su vez, adoptar políticas obligatorias de reducción de emisiones de CO2 junto a una búsqueda de eficiencia energética.

Hierro y Acero

¿Qué pasa por ejemplo con la industria del hierro y acero?. Aquí hay una tendencia continua hacia arriba. La intensidad de CO2 directo del acero crudo ha sido relativamente constante (dentro de un rango del 20%) durante las últimas dos décadas, y en los últimos dos años ha vuelto aproximadamente al nivel de 2000 -2008. Aquí viene lo preocupante. Para alinearnos con la SDS, la intensidad de CO2 del acero crudo debe caer un promedio de 2.5% anual entre 2018 y 2030. Lograr esta reducción ya de pòr sí será toda una tarea y mantenerla después de 2030, no será fácil. 

Según afirman des IEA, las mejoras en la eficiencia energética estimularon gran parte de la reducción en los últimos años, devolviendo la intensidad del CO2 a los niveles anteriores, pero es probable que pronto se agoten las oportunidades de mejoras adicionales en la eficiencia. Por lo tanto, la innovación en la próxima década será crucial para comercializar nuevas rutas de procesos de bajas emisiones, incluidas las que integran Captura y Almacenamiento de Carbono (CCUS) e hidrógeno, para realizar el cambio transformacional a largo plazo requerido.

El Cemento y China

La demanda de materiales clave de uso intensivo de energía ha crecido rápidamente desde 1990, pero recientemente comenzó a estabilizarse para el cemento. ¿Seguirá esta tendencia de estabilidad, en un potencial escenario de nueva urbanización y migración rural de China e India hacia las ciudades?

Según el informe de IEA, la demanda de materiales es un determinante importante del consumo total de energía y las emisiones de CO 2 en los subsectores de la industria. Históricamente, la demanda de materiales se ha vinculado estrechamente con la población y el desarrollo económico: a medida que las economías se desarrollan, urbanizan, consumen más bienes y construyen su infraestructura, la demanda de materiales per cápita tiende a aumentar considerablemente. Una vez industrializada, la demanda material de una economía puede estabilizarse y quizás incluso comenzar a declinar.

Separar la demanda de materiales del crecimiento económico y demográfico puede ayudar a frenar el crecimiento del consumo de energía y las emisiones de CO 2 de la producción de materiales. En las últimas dos décadas, el aumento de la demanda mundial de materiales a granel de uso intensivo de energía clave ha superado el crecimiento de la población y, para muchos materiales, el crecimiento del PIB. El crecimiento desde 2000 ha sido particularmente elevado, impulsado en gran medida por el rápido desarrollo económico de China.

Las estimaciones sugieren, sin embargo, que la demanda mundial de cemento se estabilizó en los últimos años, mientras que el PIB y la población continúan creciendo. Esta nivelación es en gran parte el resultado de la demanda de materiales saturada en China.

Si bien puede ser un primer paso hacia la disociación de la demanda mundial de materiales del crecimiento económico y de la población, el fuerte crecimiento en otras economías emergentes puede impulsar una vez más la demanda de materiales en los próximos años. De hecho, hay pruebas de que la estabilización puede ser temporal: después de varios años de estancamiento, la demanda de acero ha comenzado a aumentar de nuevo.

Recuérdese que reducir el crecimiento de la demanda de materiales mediante la búsqueda ambiciosa de estrategias de eficiencia de materiales puede contribuir a la reducción de emisiones. En la SDS en 2030, la demanda de acero es un 5% menor que en el Escenario de Políticas Declaradas, mientras que la demanda de cemento es un 9% menor y la demanda de aluminio es un 9% menor.

Existen oportunidades para la eficiencia de los materiales en cada etapa de cualquier cadena de valor de suministro. En la SDS, las reducciones de la fase de uso, incluso mediante la extensión de la vida útil de los edificios mediante la reparación y renovación y la reducción de la demanda de vehículos en gran parte mediante el cambio de modo, hacen la mayor contribución (aproximadamente el 50%) a la reducción combinada de la demanda de acero, cemento y aluminio en 2030.

Las estrategias de diseño y fabricación de productos, incluido el aligeramiento de vehículos y la mejora del diseño de edificios, también contribuyen de manera significativa (alrededor del 45%). Los mayores rendimientos de la fabricación de metales en la etapa de producción del material, así como la reutilización al final de su vida útil, contribuyen a las reducciones restantes. Además, en lugar de reducir la demanda de material final, un mayor reciclaje al final de su vida útil puede reducir las emisiones al permitir una mayor aceptación de los métodos de producción secundaria de menor emisión.

Avances en Innovación

Las certificaciones son un buen indicador de cuánto se está avanzando en innovación. Así por ejemplo, el número de certificaciones ISO 50001 para sistemas de gestión de energía industrial alcanzó al menos 18000 en 2018, que es la última data que tenemos. Si bien esto representa cierto progreso, parece que el mundo está muy lejos de lograr el objetivo de la Campaña de Gestión de Energía Ministerial de Energía Limpia de 50 001 operaciones industriales con certificación ISO 50001 para 2020. Habría que hacer una última medición al respecto. Por otro lado, alrededor del 75% de los certificados emitidos hasta ahora han sido en Europa, que representó solo el 12% del uso de energía industrial final mundial en 2018, por lo que la adopción debe acelerarse en otras regiones.

Otros estándares de sistemas de gestión de la energía pueden tener una mayor aceptación en otras regiones específicas. Por ejemplo, en 2016-2017, el número de certificaciones según el estándar GB / T 23331 de China aumentó en un 25% (de 2 036 a 2 552). Sin embargo necesitamos una mejor recopilación de datos sobre estos diversos estándares, incluida la energía resultante y las reducciones de emisiones, con la finalidad de analizar mejor su impacto.

Con la finalidad de desarrollar procesos industriales innovadores con bajas emisiones de carbono, se están aplicando dos enfoques principales. Primero, evitar directamente las emisiones de CO 2 basándose en electricidad renovable (directamente o mediante hidrógeno electrolítico), bioenergía o materias primas alternativas. Segundo , reducir las emisiones de CO 2 minimizando la energía del proceso, utilizando combustibles fósiles pero integrando CCUS. Encontrar usos que mejoren el valor de los subproductos industriales es otra área de innovación, en la que se buscan sinergias entre diversas actividades industriales, incluso a través de CCUS.

Se están realizando varios esfuerzos de innovación clave en todo el mundo, como por ejemplo en febrero de 2019, la Comisión Europea anunció una financiación de 10.000 millones de euros para la demostración de tecnologías bajas en carbono. El Fondo de Innovación, propuesto inicialmente en 2015 y financiado en gran parte con los ingresos del RCDE UE, apoyó demostraciones a gran escala de tecnologías y procesos bajos en carbono en industrias de uso intensivo de energía, CCUS, energía renovable y almacenamiento de energía. La primera convocatoria de propuestas es para este 2020, con convocatorias posteriores hasta 2030. Será reforzado aun mas hoy con el nuevo presupuesto aprobado.

Otro proceso importante es el de Mission Innovation que es una iniciativa global de 23 países y la Comisión Europea para acelerar la innovación global en energías limpias. Cuatro de los siete desafíos de innovación lanzados en 2016 son relevantes para el sector industrial: captura de carbono, materiales de energía limpia, biocombustibles sostenibles y conversión de la luz solar. En 2018, se lanzó un octavo Desafío de innovación sobre hidrógeno limpio y renovable, también relevante para la industria.

En el sector del hierro y el acero, el proyecto HISarna ha demostrado con éxito la producción de acero utilizando una tecnología mejorada de reducción de la fundición, que tiene la posibilidad de incorporar CCS, en una planta piloto en los Países Bajos. Hay planes en marcha para desarrollar una segunda planta piloto a gran escala en India, que podría abrirse durante 2025-30. Mientras tanto, el proyecto HYBRIT está construyendo una planta piloto en Suecia para investigar la producción de acero a través de la producción de hierro de reducción directa a base de hidrógeno, con la puesta en marcha programada para este verano de 2020.

En cuanto al cemento se están llevando a cabo varios proyectos en todo el mundo para probar las aplicaciones de CCUS en este sector, utilizando al menos cinco tecnologías de captura diferentes. Por ejemplo, se espera que la planta de demostración precomercial del proyecto CLEANKER en Italia que aplica ciclos de calcio comience a operar en 2020; el proyecto CO2ment en Canadá lanzó pruebas de una nueva tecnología de adsorción física en 2019; y Dalmia Cement anunciaron en 2019 que llevarán a cabo una demostración a gran escala de captura por absorción química en su planta de Tamil Nadu, India.

En relación con la producción química, se espera que una planta de demostración a gran escala para producir amoníaco con hidrógeno producido a partir de energía solar en Australia comience a operar en 2021. Varios proyectos en China están demostrando CCUS en producción química de alto valor. También se está innovando en la mejora del reciclaje de plástico.

En la industria del aluminio, se ha avanzado en los últimos años hacia la comercialización de ánodos inertes que, a diferencia de los ánodos de carbono convencionales utilizados en la fundición de aluminio, no se degradan ni liberan CO 2 como emisiones de proceso. En 2019, comenzó la construcción del centro de investigación Elysis en Canadá (una empresa conjunta entre Alcoa y Rio Tinto), con el objetivo de llevar ánodos inertes al mercado para 2024. En Rusia, RUSAL ahora produce aluminio con ánodos inertes a escala industrial. y tiene como objetivo la producción a gran escala para 2023.

Si bien los esfuerzos de innovación de los últimos años son prometedores, se necesitará una acción acelerada para desarrollar e implementar tecnologías para la reducción de emisiones de CO 2 a mediano y largo plazo en la industria. La mayoría de los nuevos procesos de bajas emisiones de carbono en la industria que serán clave para la reducción de emisiones a largo plazo en la SDS están en camino de estar disponibles comercialmente para 2030-35. Asegurar que estos hitos se logren, o posiblemente incluso alcanzarlos antes de lo programado, será fundamental para poner al sector industrial en una trayectoria de emisiones netas cero. 

Artículo desarrollado sobre la base de información del IEA