Los beneficios de la optimización de sistemas de vapor

Si mira los informes de progreso sobre el cambio climático de los últimos años, encontrará poco que celebrar. Sabemos lo que está en juego; no lograr limitar el aumento de la temperatura de nuestro planeta tendrá consecuencias terribles para todos nosotros. Sin embargo, la acción rápida necesaria para alcanzar nuestros objetivos de cero emisiones netas no está ocurriendo. Si estamos en una “Carrera hacia Cero”, ¿por qué se siente menos como un sprint y más como una carrera de tres piernas?

Piense a principios de 2022. El mundo se estaba recuperando de una pandemia devastadora y las economías se estaban reconstruyendo. Pero si pensábamos que las cosas iban mejorando, cuando se trataba del cambio climático, había una desventaja. Las emisiones de CO2 de electricidad y calor alcanzaron su nivel más alto de todos los tiempos, provocando que la Agencia Internacional de Energía (AIE) emitiera un claro llamado a la acción.

El mundo debe asegurarse ahora de que el repunte global de emisiones en 2021 fue algo puntual, y que las inversiones sostenibles combinadas con el despliegue acelerado de tecnologías de energía limpia reducirán las emisiones de CO2 en 2022…¹

Se lanzó el guante y pasó otro año. Uno que vio agresión en Europa y una crisis energética global surgir. El impacto en las aspiraciones de cambio climático fue marcado. En marzo pasado, la AIE informó: “Las emisiones globales de dióxido de carbono (CO2) de la combustión de energía y los procesos industriales crecieron un 0,9 % o 321 Mt en 2022 hasta un nuevo máximo histórico de 36,8 Gt.”

Lo mejor que se podía decir era que al menos la energía limpia continuó su rápido avance, sin lo cual “el crecimiento de las emisiones de CO2 habría sido casi tres veces mayor.”²

Desde cualquier punto de vista, las perspectivas pueden parecer desalentadoras. Un poco como obtener un informe escolar, una y otra vez, que simplemente exige “debe esforzarse más”. No ayuda que siempre parezca que estamos mirando hacia atrás, a lo que podría haber sido, en lugar de mirar adelante con optimismo y ambición.

Es un ejemplo clásico del problema de escala. Cuando se enfrenta a problemas que son mucho más grandes que nuestras acciones individuales, hay una tendencia a desmotivarse. Los sentimientos de impotencia pueden dominar, o alternativamente, recurrimos al optimismo tecnológico. Puede ver esto en funcionamiento con los enfoques visionarios para abordar el cambio climático. Sí, esperamos ver el hidrógeno verde ampliamente disponible, poder eliminar el dióxido de carbono y encerrarlo para siempre, y damos la bienvenida a cualquier proceso innovador que elimine su producción desde el principio. Capturando nuestra imaginación, parecen ofrecer promesa cuando las líneas de plata escasean. La innovación siempre será clave para manejar la complejidad y la escala de los problemas que rodean el cambio climático. Con el tiempo, se convertirán en parte de nuestras vidas cotidianas. Sin embargo, no tenemos el tiempo de nuestro lado.

Esa fue la conclusión del informe del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático a principios de este año. Un llamado ciertamente, pero como sugieren los autores, “Las emisiones netas de CO2 del sector industrial son desafiantes pero posibles.”

En sus más de 2 000 páginas, el informe del IPCC examina cada aspecto de la crisis climática. Cuando trata de la reducción de gases de efecto invernadero (GEI) del sector energético en general, sugiere que esto “requiere transiciones mayores, incluyendo una reducción sustancial del uso general de combustibles fósiles, el despliegue de fuentes de energía de bajas emisiones, el cambio a portadores de energía alternativos y la eficiencia y conservación energética.”³ Haciendo eco del mensaje del IPCC, el Director Ejecutivo de la Iniciativa de Objetivos Basados en la Ciencia (SBTi), Luiz Amaral, señaló que limitar el calentamiento global a 1,5 °C requiere un pico antes de 2025, reduciendo las emisiones en un 43 % para 2030, un 60 % para 2035 y alcanzar cero emisiones netas a principios de 2050. No va a ser fácil, pero con la mentalidad correcta, se puede lograr un progreso significativo hacia un futuro más sostenible.

Las organizaciones con objetivos científicos validados han demostrado que son posibles reducciones monumentales: recortando las emisiones de alcance 1 y 2 en un 12 % de media año a año, superior al 7,6 % de reducciones anuales requeridas para lograr el objetivo de 1,5 °C del Acuerdo de París.⁴

Es alentador ver el progreso que están logrando las 2 731 empresas con objetivos científicos, de las cuales somos una. Al centrarse en el presente y negarse a permitir que el statu quo controle la narrativa, se está logrando progreso. Las empresas tendrán diferentes formas de alcanzar sus objetivos, pero un tema común es la eficiencia.

Ese fue uno de los mensajes clave de la Hoja de Ruta de Descarbonización Industrial de la administración Biden-Harris, publicada en septiembre del año pasado. Como el país con la segunda mayor emisión de CO2 del mundo, cualquier progreso en detallar cómo pretende abordar esto es bienvenido. Reconociendo que el 30 % de las emisiones de CO2 relacionadas con la energía en EE. UU. provienen de la industria, se centra en el camino a seguir para cinco de las industrias con mayor emisión de CO2: refinación de petróleo, química, hierro y acero, cemento y los sectores de alimentos y bebidas. De los cuatro pilares tecnológicos clave identificados, concluye: “La eficiencia energética es una estrategia de descarbonización fundamental y transversal, y es la opción más rentable para reducir las emisiones de GEI a corto plazo.”⁵ No solo el gobierno estadounidense vio la eficiencia como parte del plan para evitar el desastre climático. La AIE publicó su informe de seguimiento sobre Eficiencia Energética en el mismo mes, enfatizando: “La eficiencia energética es la única medida más grande para evitar la demanda energética en el Escenario de Emisiones Netas Cero para 2050, junto con las medidas estrechamente relacionadas de electrificación, cambio de comportamiento, digitalización y eficiencia de materiales.”⁶ Podría pensar que nada podría ser más práctico que aumentar la eficiencia. Que está en la agenda de todos los días. Entonces, ¿por qué nos recuerdan constantemente su importancia?

Ampliamente reconocida por muchas industrias como una parte esencial y perdurable de sus procesos, el vapor es una fuente naturalmente eficiente de energía térmica. Eso no significa que los sistemas de vapor no puedan mejorarse, pero la experiencia y el conocimiento significan que sabemos cómo hacerlo.

Hay una gama de medidas probadas y rentables para mejorar un sistema de vapor. Que no se adopten universalmente se debe a una combinación de factores, muchos de los cuales no están relacionados con obstáculos monetarios. El primero y más simple se debe a la falta de información y conocimiento. Aunque los informes recientes de alto nivel han señalado la eficiencia como un primer paso hacia la descarbonización, los sistemas de vapor son complejos, a menudo únicos para una industria o incluso una planta particular. Saber dónde optimizar, cómo hacerlo eficazmente y entender exactamente cuáles serán los beneficios requiere ayuda especialista. Una gama de otros factores se combina para mantener la eficiencia en la lista de “por hacer” para muchas empresas. A menudo, la falta de recursos financieros hace difícil adoptar incluso medidas que se pagarían por sí mismas en un corto período de tiempo (especialmente para las pequeñas y medianas empresas). La falta de apoyo de la alta dirección, la incertidumbre sobre las nuevas tecnologías y el miedo a la interrupción de la producción, y la falta de incentivos gubernamentales junto con la falta de aplicación de las regulaciones gubernamentales, todo se suma a la inacción. Más allá de las barreras generales que obstaculizan las mejoras de eficiencia, los sistemas de vapor tienen su propio conjunto específico de dificultades que superar. Tradicionalmente, muchas empresas se han centrado en las calderas, no en todo el sistema de vapor que incluye la generación de vapor (calderas), distribución, sistemas de recuperación y cómo se usa el vapor.

Aunque la optimización del sistema puede ser más difícil que cambiar un equipo, ya que requiere un conocimiento y evaluación más holísticos del sistema, a menudo producirá un ahorro de energía mucho mayor en comparación con reemplazar un solo componente por uno más eficiente.⁷

Y, si simplemente reemplazar una caldera por una más energéticamente eficiente puede parecer lógico, no significa necesariamente que todo el sistema de vapor industrial será más eficiente. Subestimar o sobreestimar la demanda de vapor, la mala gestión del sistema y operar el sistema por debajo de la eficiencia óptima son factores comunes en la reducción de la eficiencia general.

Hace casi una década, el informe de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI) examinó los potenciales de eficiencia energética para sistemas de vapor industriales.⁷ El objetivo era demostrar qué medidas de eficiencia eran rentables y estimar su valor. China fue elegida como caso de prueba.

Se consultaron a siete expertos en vapor de EE. UU., Europa y China para determinar qué medidas comunes de eficiencia energética debían incluirse, sus ahorros de energía y el coste de implementarlas. A diferencia de muchos países, el patrón de consumo energético de China está dominado por el sector industrial. En 2019, la manufactura representó aproximadamente el 55 % del consumo total de energía de China, y el 59,6 % de la energía del sector manufacturero provino del carbón.⁸ Acordando nueve medidas técnicamente factibles, los expertos encontraron que todas menos dos serían rentables, lo que potencialmente conduciría a una reducción anual de emisiones de CO2 de 201,23 MtCO2. Tomar todas las medidas en cuenta resultaría en un potencial total de ahorro técnico de combustible de alrededor del 26 % del total de combustible utilizado para generar vapor. Ese ahorro de combustible fue mayor que el uso de energía primaria de más de 160 países del mundo. Esta tabla enumera las nueve medidas de eficiencia de sistemas de vapor, con valores seleccionados: Ahorro anual acumulado de combustible y reducción de emisiones de CO₂, mejora porcentual de eficiencia y potencial de vida útil para medidas de eficiencia de sistemas de vapor industriales en China clasificadas por su CCE final (coste de energía conservada)

Piense en ese plazo de siete años para lograr un progreso real hacia las cero emisiones netas, y la vida útil de estas medidas muestra cómo la optimización de los sistemas de vapor puede marcar una diferencia real. Aunque cualquier mejora claramente tendría un impacto, es cuando se optimiza todo el sistema que los beneficios se vuelven significativos.

La mayoría de estas medidas son adecuadas para todos los sistemas de vapor, cualquiera que sea el medio de generación. La variable principal será claramente el impacto en las emisiones de CO2. Reconociendo la necesidad de energía más limpia, el presidente chino Xi Jinping ha declarado que el país será carbono neutral para 2060. Ya es el mayor inversor del mundo en la transición energética limpia, comprometiendo 266 000 millones de dólares en 2021, más de un tercio del total global (755 000 millones de dólares). Pero, con la vida útil promedio de una caldera de vapor siendo de más de 30 años, alejarse de los combustibles fósiles llevará tiempo. Al centrarse en el presente y asegurar que se utilicen todas las medidas de eficiencia posibles, una reducción de las emisiones está al alcance.

Volviendo a esas estadísticas energéticas que cubrimos al principio de este artículo, y el desafío que se avecienda para alcanzar los objetivos de cero emisiones netas, es útil ver cómo las generalizaciones sobre “eficiencia” podrían traducirse en acción.

Ninguna de estas medidas está esperando desarrollo. Todas son técnicamente posibles y, en la mayoría de los casos, rentables en un período de tiempo relativamente corto. Y, lo más importante, producirán beneficios tangibles mientras las otras tecnologías más nuevas aún están en las primeras etapas de su evolución. Desde que se publicó el informe de la ONUDI, el potencial de optimización de los sistemas de vapor también ha avanzado. Ahora, con la transformación digital adoptándose rápidamente, nuestro conocimiento de exactamente dónde la optimización será más efectiva es mucho mayor. Es algo que el IPCC destacó en su informe de este año:

Las tecnologías digitales pueden contribuir a la mitigación del cambio climático y al logro de varios ODS (alta confianza). Por ejemplo, los sensores, el internet de las cosas, la robótica y la inteligencia artificial pueden mejorar la gestión energética en todos los sectores, aumentar la eficiencia energética y promover la adopción de muchas tecnologías de bajas emisiones, incluida la energía renovable descentralizada, mientras crean oportunidades económicas (alta confianza).³

En lo que respecta a la eficiencia, cada país tendrá sus mejores que cumplan todos los requisitos, y sus valores atípicos, que nunca han dado una segunda oportunidad a la optimización. Sin embargo, lo más probable es que siempre haya margen de mejora.

Utilizando los últimos conocimientos digitales, nunca hemos tenido una mejor oportunidad para obtener una evaluación técnica detallada de las oportunidades de eficiencia energética del sistema de vapor. Tampoco las apuestas han sido tan altas. Aunque es posible que veamos más noticias decepcionantes sobre el cambio climático, como dijo una vez Bill Gates, “las malas noticias son un titular, y la mejora gradual no lo es.”

Fuentes:

¹: Global CO2 emissions rebounded to their highest level in history in 2021 - News - IEA

²: Global CO2 emissions rose less than initially feared in 2022 as clean energy growth offset much of the impact of greater coal and oil use - News - IEA

³: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf

⁴: IPCC releases ‘final warning’ to keep 1.5°C within reach - Science Based Targets

⁵: DOE Industrial Decarbonization Roadmap | Department of Energy

⁶: Energy Efficiency – Analysis - IEA

⁷: Energy Efficiency Potentials in Industrial Steam Systems in China (unido.org)

Cuando se escribió el estudio, las calderas de carbón representaban alrededor del 80-85 %, las calderas de gas y petróleo alrededor del 15 %, y las calderas que usaban otros combustibles (por ejemplo, electricidad, biomasa, etc.) menos del 5 % de la capacidad total de calderas en China.

⁸: How Is China’s Energy Footprint Changing? | ChinaPower Project (csis.org)

⁹: China - Countries & Regions - IEA