El sector industrial es responsable de alrededor del 25% de las emisiones globales de CO2, o alrededor de 9.300 millones de toneladas métricas por año y sigue creciendo. Pero un equipo de la Universidad de Leeds dice que no necesitamos esperar a que una nueva tecnología mágica limpie la mayor parte.
En un nuevo estudio publicado en la revista Joule, Los investigadores recorrieron una variedad de diferentes sectores industriales analizando las opciones disponibles para la descarbonización, su potencial de reducción de emisiones y su nivel de preparación tecnológica (TRL), una medida de qué tan cerca está una tecnología determinada de estar lista para una adopción masiva generalizada.
Descubrieron que incluso si solo se utilizaran opciones de madurez media y alta (TRL 6-9), que involucran principalmente la captura y almacenamiento de carbono (CAC) y/o el cambio de combustible a hidrógeno o biomasa, la mayoría de los sectores industriales ya están en condiciones de recortar una media del 85% de las emisiones.
Aquí hay un breve resumen de las áreas que evaluaron, las tecnologías que están listas para funcionar y los lugares donde todavía hay brechas.
Hierro y acero
La mayoría de los procesos de producción de hierro y acero implican altos hornos que utilizan combustibles fósiles y altos hornos de oxígeno para alcanzar altas temperaturas, así como coque (carbón cocido) como reductor, lo que genera alrededor de dos toneladas de emisiones de C02 por cada tonelada de acero producida.
Se puede sustituir el coque por hidrógeno verde y utilizar el mismo hidrógeno para alimentar un horno de arco eléctrico para producir acero verde; de hecho, ya existen plantas de acero verde en funcionamiento, uno de los cuales ha sido suministrando a Volvo.
Pero incluso si una siderúrgica quiere conservar sus activos de hornos existentes, el estudio encuentra que la CCS puede secuestrar el 86% de las emisiones de la producción de acero, a costa de un consumo de energía un 17% mayor. Hay otras opciones en el camino tecnológico, como la electroobtención.
producción química
La industria química es un poco complicada, ya que hay muchos productos, procesos, insumos y reacciones diferentes involucrados. Pero hay algunos procesos con altas emisiones, como síntesis de amoníacopara lo cual existen alternativas ecológicas probadas.
El craqueo con vapor, para la producción de importantes componentes químicos como etileno, propileno, butadieno, acetileno y compuestos aromáticos, es un poco más complicado; Los craqueadores de vapor de hidrógeno y eléctricos, según la estimación del equipo, solo han alcanzado un TRL de 5, justo por debajo del límite. Pero utilizando únicamente la CAC, se puede secuestrar alrededor del 90% de las emisiones actuales, aunque se requiere alrededor de un 25% más de energía.
En el reformado con vapor, para la producción de metanol e hidrógeno, los electrolizadores están bien establecidos y pueden eliminar totalmente las emisiones de carbono, a costa de una enorme cantidad de electricidad, lo que representa un aumento del 743% en el consumo de energía con respecto a los métodos actuales. En este caso, la CAC será menos eficaz, ya que capturará sólo entre el 52% y el 88% de las emisiones de los procesos de producción existentes y requerirá un aumento de alrededor del 10% en el consumo de energía.
Cemento y cal
La mayoría de las emisiones de carbono del cemento y la cal son «emisiones de proceso» que parecen inevitables si queremos seguir usando estos compuestos. Eso significa que gran parte del potencial de reducción de emisiones de este sector estará en la CAC, a costa de insumos de energía adicionales «significativos» de entre 62% y 166%.
Por otro lado, convertir los hornos de cal y cemento para que funcionen con hidrógeno, biomasa o electricidad podría eliminar hasta el 40% de las emisiones totales del sector sin mucho efecto en las necesidades energéticas.
producción de aluminio
La mayoría de las emisiones en la producción de aluminio en este momento (alrededor de dos tercios) provienen de la electricidad sucia y regular utilizada para impulsar el proceso de electrólisis, por lo que es una ganancia fácil; utilizar energía verde. Algunas de las emisiones restantes se basan en procesos; Estos pueden solucionarse con una penalización del 20% en el consumo de energía mediante el uso de ánodos inertes en lugar de carbono en los electrolizadores.
El restante 13-16% de las emisiones se puede eliminar pasando a calderas y calcinadores eléctricos o alimentados con hidrógeno en el proceso de refinación de alúmina, aunque todavía necesitan un desarrollo considerable.
Con diferencia, la forma actual más limpia y sencilla de producir aluminio es reciclarlo a través de una ruta de producción secundaria bien establecida, que los investigadores estiman que reduce las emisiones en aproximadamente un 95%.
Pulpo y papel
No hay emisiones de proceso con las que lidiar en la pulpa y el papel; La descarbonización de los sistemas y calderas combinados de calor y energía (CHP) es lo que se busca aquí, así como una serie de medidas de eficiencia para reducir el consumo total de energía. El estudio también destaca algunos enfoques diferentes para el secado del papel, que se encuentran en distintas etapas de desarrollo.
Vaso
Como se puede imaginar, el calor de los hornos es la mayor fuente de emisiones en lo que respecta a la fabricación de vidrio. Simplemente cambiar a un horno eléctrico o de biocombustible reduce alrededor del 80% de las emisiones totales y, en el caso del eléctrico, en realidad se reduce el consumo de energía entre un 15 y un 25% en comparación con los métodos tradicionales.
Más allá de eso, el uso de vidrio desecho adicional y materiales de entrada calcinados ofrece un potencial adicional de reducción de emisiones del 5% sin aumentar significativamente los costos de materiales o energía.
Comida y bebida
Si bien este, al igual que la producción química, es un segmento bastante diverso, la mayoría de las emisiones involucradas provienen del uso de vapor en procesos de calentamiento y secado, y de la quema directa de combustibles fósiles para cogeneración. Hay una variedad de procesos eléctricos, de biocombustibles, de hidrógeno, de microondas, ultrasónicos, solares concentrados, geotérmicos y UV listos para funcionar.
Barreras industriales a la descarbonización
A estas alturas, el panorama es bastante claro; La mayor parte de las emisiones industriales proviene del uso de calor y energía (la gran mayoría de los cuales puede electrificarse o convertirse en combustibles limpios) y de las emisiones de procesos, la gran mayoría de las cuales pueden capturarse y almacenarse. Todavía existen algunas brechas tecnológicas para lograr cero emisiones de carbono absolutas, particularmente en áreas como la cerámica que requiere calor extremadamente alto, pero se puede lograr una reducción del 85% en las emisiones industriales utilizando máquinas y técnicas que ya están disponibles.
Sin embargo, hay muchos problemas. Para empezar, puedes electrificar todo lo que quieras, pero hasta que no descarbonices la red eléctrica, solo estarás impulsando las emisiones hacia arriba. El desafío de pasar a redes de energía limpia y renovable en todo el mundo solo se ve exacerbado por el hecho de que todo lo que se electrifica genera más demanda sobre ellas. De modo que las empresas de energía no sólo tienen que reemplazar su capacidad existente; tienen que producir mucha, mucha más energía limpia de la que jamás produjeron contaminada.
Del mismo modo, los procesos que requieren hidrógeno requerirán un enorme aumento de la producción de hidrógeno verde en todo el mundo, lo que requerirá aún más energía limpia, así como la infraestructura y la logística necesarias para transportarlo y almacenarlo de forma segura.
E incluso en el sector industrial, donde los combustibles fósiles siguen siendo mucho más baratos que la electricidad en muchos mercados, electrificar estos objetivos de descarbonización a corto plazo puede conllevar una prima de costo operativo del 200-300%. Del mismo modo, la captura y el almacenamiento de carbono también pueden resultar muy costosos, agregando entre 10 y 250 dólares a sus costos por cada tonelada manejada, dependiendo de la tecnología que esté utilizando y el proceso que esté descarbonizando. Esto se suma a las actualizaciones multimillonarias de su infraestructura eléctrica si utiliza grandes cantidades de energía; La electrificación de algunas empresas industriales podría requerir una conexión a la red a escala de gigavatios.
El resultado, estiman los investigadores, podría ser un aumento del 15% en los costos de producción de acero en todo el mundo, un aumento del 50-220% en el costo de las olefinas y aromáticos, y un aumento del 30% en el costo del concreto.
Por otro lado, si estos costos adicionales se trasladan a los consumidores a través de aumentos de precios, puede que no sea tan malo; Un estudio de caso centrado en el Reino Unido encontró que «la descarbonización industrial coherente con el objetivo de cero emisiones netas para 2050 podría lograrse con un aumento agregado de los precios al consumidor de menos del 1%».
Y si bien la energía limpia podría representar un enorme desafío en este momento, los aspectos económicos son sólidos para la energía solar y eólica, que ya son altamente competitivas en términos de costos (y un par de años más). avances críticos en perforación ultraprofunda podría desbloquear cantidades ridículas de energía geotérmica en casi cualquier lugar del planeta, sin mencionar la energía nuclear modular y avanzada, que podría ubicar la generación de energía a escala industrial allí mismo, en el mismo lugar.
Entonces, si bien no será fácil, ciertamente parece posible. Y con la cantidad adecuada de supervisión gubernamental, así como un pensamiento comercial astuto y un ritmo acelerado de desarrollo tecnológico, hay motivos para mucha esperanza.
El estudio es de acceso abierto en la revista. Joule.
Fuente: universidad de leeds a través de EurekAlert