La descarbonización del consumo de calor industrial es un tema decisivo para reducir las emisiones de carbono y mitigar el cambio climático. Las cinco principales industrias con alta demanda de calor en la UE: química y petroquímica, minerales no metálicos, alimentos y bebidas, papel y pulpa, y hierro y acero, representan más del 80% del consumo de calor y necesitan urgentemente estrategias de descarbonización. Las principales tecnologías para descarbonizar el calor industrial incluyen la electrificación directa e indirecta, la captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) y la biomasa. El almacenamiento de energía térmica (TES) es una solución potencial para la electrificación directa, especialmente para industrias con temperaturas de proceso de hasta 500°C. El TES ofrece ventajas como almacenamiento de calor para uso posterior, integración con energías renovables no programables como solar y eólica, facilidad de instalación, modularidad y competitividad en costos. Las empresas de servicios públicos pueden liderar en este mercado al probar la tecnología TES, establecer asociaciones con proveedores para implementación comercial e implementar estrategias de defensa con las autoridades. Soluciones innovadoras como el TES pueden ayudar a los clientes industriales a alcanzar objetivos de descarbonización, contribuyendo a una economía baja en carbono. El sector industrial europeo consume alrededor de 2,500 teravatios-hora (TWh) de energía anualmente, con aproximadamente 1,800 TWh (72%) utilizados para generación de calor. El gas natural, los combustibles fósiles y la gasolina representan alrededor del 60% de las fuentes de combustible utilizadas para la producción de calor, creando un mercado abordable de alrededor de 1,100 TWh para esfuerzos de descarbonización.
El consumo de calor industrial está altamente concentrado en cinco industrias: química y petroquímica, minerales no metálicos, alimentos, bebidas y tabaco, papel y pulpa, papel y artes gráficas, y hierro y acero. Estas industrias representan más del 80% del consumo de calor, con el calor a descarbonizar a menudo superando el 60% del total de combustible utilizado para generación de calor. Juntas, estas cinco industrias muestran un mercado abordable de alrededor de 930 TWh para descarbonización, representando la cantidad total de gas natural, combustibles fósiles y gasolina utilizados para producir calor que necesita ser reemplazada por alternativas verdes. Esto presenta una oportunidad para actores y proveedores de energía para desarrollar tecnologías y soluciones innovadoras para reemplazar combustibles no verdes y entrar en un mercado que se espera que crezca en los próximos años. Igualmente, se discute el potencial para descarbonizar el consumo de calor industrial en cinco grandes industrias: concreto, cerámica, vidrio, minerales no metálicos y alimentos, bebidas y tabaco. Se analizan estas industrias según los rangos de temperatura requeridos para sus procesos de producción, puesto que temperaturas más altas hacen que la descarbonización sea más desafiante. La industria del concreto, con temperaturas de hasta 1,500°C, enfrenta obstáculos significativos debido al uso generalizado de hornos de gas/aceite. La industria cerámica, con temperaturas de hasta 1,200°C, tiene un fuerte interés en el hidrógeno como combustible alternativo. La industria del vidrio, con temperaturas que van desde 500°C hasta 800°C, tiene un mayor potencial de descarbonización, incluido el uso de hornos eléctricos. La industria de minerales no metálicos generalmente requiere temperaturas muy altas por encima de 1,000°C, lo que hace que la descarbonización sea difícil. La industria de alimentos, bebidas y tabaco, con temperaturas principalmente por debajo de 200°C, es adecuada para la descarbonización, especialmente en las subindustrias de carne, leche y lácteos. La industria de papel, pulpa y artes gráficas también tiene requisitos de temperatura bajos, lo que la hace adecuada para la electrificación. En general, el análisis destaca el potencial de descarbonización variado entre industrias según sus requisitos de temperatura y procesos de producción existentes. En un mismo sentido, se han discutido diversas estrategias y tecnologías para lograr este objetivo en diferentes industrias, destacando el potencial de la electrificación directa mediante tecnologías como bombas de calor, hornos de arco eléctrico y configuraciones híbridas con hidrógeno. Las industrias de alimentos, bebidas y tabaco, química y petroquímica, y papel, pulpa y artes gráficas son identificadas como objetivos clave para los esfuerzos de descarbonización. Adicionalmente, se menciona el uso de biomasa y licor negro (un subproducto del procesamiento de papel) como combustibles alternativos para plantas de cogeneración, complementando las estrategias de descarbonización. Sin embargo, se enfrentan barreras como altos costos de inversión, costos de adaptación y precios de electricidad que plantean desafíos para la electrificación en ciertas industrias como la de hierro y acero. Por lo tanto, se destaca la importancia del apoyo regulatorio, incentivos y subsidios de los responsables políticos para impulsar la adopción de electrificación y tecnologías verdes a corto plazo, considerando factores como temperatura de proceso, tamaño y ubicación de la planta, disponibilidad de materias primas, niveles de madurez tecnológica y eficiencia al seleccionar la estrategia y tecnología de descarbonización adecuadas.
Además de la electrificación directa, se han evaluado diversas tecnologías de descarbonización y su idoneidad para diferentes industrias. Entre estas tecnologías se encuentran bombas de calor, calderas eléctricas, hornos/secadores y hornos/hornos, así como tecnologías de electrificación indirecta como la conversión de energía en calor (P2H) con TES, el hidrógeno como combustible y la captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS). Las bombas de calor son adecuadas para rangos de temperatura más bajos (hasta 200°C), mientras que las calderas eléctricas pueden alcanzar temperaturas más altas (hasta 300°C) pero son menos eficientes. Los hornos y secadores se utilizan principalmente en las industrias de alimentos, bebidas, tabaco y papel para procesos de cocción, pasteurización y secado, alcanzando temperaturas de hasta 500°C. Los hornos y hornos pueden alcanzar temperaturas muy altas (hasta 1,600°C) y son aplicables en industrias con alta demanda de calor como minerales no metálicos y hierro y acero. La conversión de energía en calor con almacenamiento de energía térmica es una solución prometedora para procesos de temperatura media-alta (hasta 500°C) y ofrece modularidad y facilidad de integración. El hidrógeno como combustible se está explorando para industrias difíciles de descarbonizar como hierro y acero, ya sea como material de inyección en hornos o como agente reductor para producir hierro reducido directamente. CCUS y las calderas de biomasa también se mencionan como opciones de descarbonización para ciertas industrias. Se realiza una evaluación de la idoneidad de estas tecnologías para varias industrias en función de rangos de temperatura, niveles de madurez y competitividad económica en comparación con otras tecnologías de descarbonización alternativas. Además de las tecnologías específicas, el almacenamiento de energía térmica (TES) juega un papel crítico en el futuro descarbonizado impulsado por fuentes de energía renovable. TES abarca diversos métodos, principalmente almacenamiento de calor sensible y latente. El almacenamiento de calor sensible implica calentar o enfriar un medio de almacenamiento sin cambio de fase, mientras que el almacenamiento de calor latente utiliza calor latente para cambiar la fase del medio. Entre las tecnologías de almacenamiento de calor sensible se encuentran el almacenamiento en tanques de agua (adecuado para el rango de 10-90°C), el almacenamiento subterráneo (5-100°C) y el almacenamiento en estado sólido (160-1,300°C). Las tecnologías de almacenamiento de calor latente incluyen materiales de cambio de fase eutécticos (115-0°C), materiales de cambio de fase de sales hidratadas (0-120°C), materiales de cambio de fase orgánicos (0-160°C) y materiales de cambio de fase sólido-sólido (0-180°C). El almacenamiento en tanques de agua y el almacenamiento en estado sólido son prometedores para aplicaciones industriales debido a su madurez tecnológica y amplios rangos de temperatura, respectivamente. El almacenamiento de calor en sales fundidas también está ganando atención, con sales mantenidas a temperaturas superiores a sus puntos de fusión. Estas tecnologías permiten el almacenamiento de energía de larga duración, vital para integrar fuentes de energía renovable no programables en el sistema energético.
La tecnología de almacenamiento de energía térmica (TES) se presenta como una solución prometedora para equilibrar la oferta y la demanda de fuentes de energía renovable (FER) como la energía solar. Los sistemas de TES almacenan energía térmica durante períodos de producción excesiva de energía y la liberan cuando la demanda supera la oferta, ayudando a estabilizar la red eléctrica y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Sin embargo, la cadena de valor de TES está actualmente fragmentada, con varios pequeños actores involucrados en proyectos piloto y algunas grandes empresas energéticas posicionándose en el mercado. Los proveedores están invirtiendo principalmente en el desarrollo de TES sensible, especialmente en tecnología de estado sólido, debido a su adaptabilidad en diferentes industrias. Se mencionan ejemplos de proyectos de TES en curso, incluyendo asociaciones entre proveedores y empresas en las industrias de alimentos, bebidas, tabaco, química, petroquímica y papel. Estos proyectos involucran la integración de sistemas de TES con fuentes de energía renovable para producir calor para procesos industriales. Las industrias objetivo-principales para soluciones de TES son identificadas como alimentos, bebidas y tabaco; química y petroquímica (especialmente farmacéutica); y papel, pulpa de papel y artes gráficas. Se sugiere que tres habilitadores claves pueden impulsar la adopción generalizada de la tecnología de TES: 1) penetración a gran escala de FER, 2) competitividad de costos de soluciones de TES y 3) marcos regulatorios de apoyo e incentivos. En general, el reporte presenta a TES como una tecnología prometedora para descarbonizar el consumo de calor industrial al aprovechar la producción excedente de energía renovable y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Por otro lado, el documento resalta la competitividad económica y las fortalezas clave de la tecnología de TES, que puede almacenar energía durante los picos de demanda y liberarla durante períodos de escasez, asegurando una producción de calor constante. Las cuatro principales fortalezas de TES son: 1) oportunidades de almacenamiento para almacenamiento a largo plazo y servicios de flexibilidad, 2) facilidad de instalación con bajos costos de adaptación e impacto reducido en los procesos industriales, 3) modularidad, permitiendo escalabilidad desde 100 kWh hasta decenas de MWh y 4) competitividad de costos, con TES convirtiéndose en una solución competitiva a corto y mediano plazo, especialmente cuando se combina con fotovoltaica (PV). El documento, enfatiza el entorno regulatorio favorable, las reducciones de costos anticipadas a través de la industrialización y la I+D, y la necesidad de apoyo gubernamental a través de mercados de servicios auxiliares, mecanismos para reducir los precios de la electricidad verde y financiamiento público. También destaca la importancia de la expansión de proveedores, inversiones de capital privado y esfuerzos de promoción por parte de las empresas de servicios públicos para atraer inversiones y estimular el crecimiento en este ecosistema tecnológico emergente, que desempeña un papel vital en la entrega de una economía baja en carbono.
En otra instancia, se resalta la importancia de que las empresas de servicios públicos adopten soluciones innovadoras como la Conversión de Energía en Calor (P2H) y el TES para la descarbonización del calor industrial. A medida que la UE establece objetivos climáticos ambiciosos, las industrias clave como alimentos, bebidas y tabaco, química y petroquímica, y papel, pulpa de papel y artes gráficas necesitan adoptar estrategias y tecnologías de descarbonización. P2H más TES ofrece el potencial de reducir las emisiones de CO2, integrar sistemas de energía renovable y proporcionar competitividad económica a mediano plazo. Sin embargo, realizar su máximo potencial requiere apoyo de gobiernos, responsables políticos e inversores privados. El documento recomienda que las empresas de servicios públicos se enfoquen en dos áreas clave: 1) Inteligencia tecnológica y de proveedores mediante la vigilancia del mercado, el desarrollo de experticia, la prueba de nuevos proveedores y el lanzamiento de proyectos piloto; y 2) Implementación comercial mediante la definición de modelos de negocio (por ejemplo, ventas al contado) y modelos de asociación (por ejemplo, esquemas de remuneración de proveedores) para lanzar proyectos comerciales y prepararse para la expansión. Con el aumento de los precios del carbono y el aumento de la accesibilidad a fuentes de energía renovable, las barreras para la descarbonización del calor industrial están disminuyendo. Las empresas de servicios públicos pueden impulsar la adopción de estas soluciones innovadoras, monitoreando continuamente el mercado, definiendo modelos de negocio y asociación, y abogando por inversiones públicas y privadas. Al ofrecer tales soluciones, las empresas de servicios públicos pueden tener un impacto duradero en sus clientes y el medio ambiente, mostrando un mundo donde la descarbonización no solo es posible, sino también económicamente ventajosa y ambientalmente responsable.
