Ventajas relacionadas con la optimización del sistema de vapor
Centrarse en el presente es crucial para el futuro
Si echamos la vista atrás a los informes de progreso sobre el cambio climático de los últimos años, encontraremos poco que celebrar. Sabemos lo que está en juego; no limitar el aumento de la temperatura de nuestro planeta tendrá consecuencias nefastas para todos nosotros. Sin embargo, no se están tomando las medidas necesarias para alcanzar nuestros objetivos de cero emisiones netas. Si estamos en una "Carrera a Cero", ¿por qué parece que sea más un paseo que un sprint?
Remóntese a principios de 2022. El mundo se recuperaba de una pandemia devastadora y las economías se estaban reconstruyendo. Pero si pensábamos que las cosas estaban en vías de recuperación, en lo que respecta al cambio climático, había un inconveniente. Las emisiones de CO2 procedentes de la electricidad y la calefacción alcanzaron el nivel más alto de su historia, lo que llevó a la Agencia Internacional de la Energía (IEA) a hacer un claro llamamiento a la acción.
El mundo debe asegurarse ahora de que el repunte mundial de las emisiones en 2021 ha sido un hecho aislado, y de que las inversiones sostenibles, combinadas con el despliegue acelerado de tecnologías energéticas limpias, reducirán las emisiones de CO2 en 2022...¹
Se arrojó el guante, y ya ha pasado otro año. Un año en el que se produjeron agresiones en Europa y una crisis energética mundial. El impacto sobre las aspiraciones en materia de cambio climático fue contundente. El pasado mes de marzo, la IEA informó de que "las emisiones mundiales de dióxido de carbono (CO2) procedentes de la combustión de energía y los procesos industriales crecieron un 0,9% o 321 Mt en 2022, hasta alcanzar un nuevo máximo histórico de 36,8 Gt"
Lo mejor que puede decirse es que al menos las energías limpias han seguido avanzando a gran velocidad, sin las cuales "el crecimiento de las emisiones de CO2 habría sido casi tres veces mayor."²
¿Vaso medio lleno o medio vacío?
Desde cualquier punto de vista, el panorama puede parecer desalentador. Como recibir un informe escolar, una y otra vez, que simplemente exige "debes esforzarte más". No ayuda el hecho que parece que siempre miremos atrás, hacia lo que podría haber sido, en lugar de mirar hacia delante con optimismo y ambición.
Es un ejemplo clásico del problema de escala. Cuando nos enfrentamos a problemas mucho mayores que nuestras acciones individuales, tendemos a desmotivarnos. Pueden dominarnos sentimientos de impotencia o, por el contrario, recurrir al optimismo tecnológico.
Esto puede verse en los enfoques visionarios para abordar el cambio climático. Sí, esperamos que el hidrógeno verde se generalice, que sea capaz de eliminar el dióxido de carbono y encerrarlo para siempre, y damos la bienvenida a cualquier proceso innovador que elimine su generación de manera prioritaria.
Estos procesos, que despiertan nuestra imaginación, parecen prometedores cuando escasean los resquicios de esperanza. La innovación siempre será clave para hacer frente a la complejidad y magnitud de los problemas que rodean al cambio climático. Con el tiempo, formarán parte de nuestra vida cotidiana. Sin embargo, el tiempo no nos va a favor.
Sólo quedan siete años para alcanzar 1,5°C
Esa fue la conclusión del informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático a principios de este año. Un toque de atención, sin duda, pero, como sugieren los autores, "las emisiones netas cero de CO2 del sector industrial son un reto, pero posibles"
En sus más de 2.000 páginas, el informe del IPCC analiza todos los aspectos de la crisis climática. Cuando aborda la reducción de los gases de efecto invernadero (GEI) procedentes del sector energético en su conjunto, sugiere que ello "requiere transiciones importantes, incluida una reducción sustancial del uso global de combustibles fósiles, el despliegue de fuentes de energía de bajas emisiones, el cambio a vectores energéticos alternativos y la eficiencia y conservación energéticas"³
Haciéndose eco del mensaje del IPCC, el Director Ejecutivo de la iniciativa Objetivos Basados en la Ciencia (SBTi), Luiz Amaral, señaló que para limitar el calentamiento global a 1,5 °C es necesario alcanzar un máximo antes de 2025, reducir las emisiones un 43% de aquí a 2030, un 60% en 2035 y llegar a cero a principios de 2050.
No va a ser fácil, pero con la mentalidad adecuada se puede avanzar hacia un futuro más sostenible.
Las organizaciones con objetivos validados basados en la ciencia han demostrado que es posible lograr reducciones monumentales, reduciendo las emisiones de alcance 1 y 2 en un 12% de media anual, más que las reducciones anuales del 7,6% necesarias para alcanzar el objetivo de 1,5 ºC del Acuerdo de París ⁴
Por qué optimizar la eficiencia no es algo nuevo..
Es reconfortante ver los progresos realizados por las 2.731 empresas con objetivos basados en la ciencia, entre las que nos encontramos. Al centrarnos en el presente y negarnos a permitir que el statu quo controle la narrativa, estamos avanzando. 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 para la descarbonización industrial de la administración Biden-Harris, publicada en septiembre del año pasado. Como país con las segundas mayores emisiones de CO2 del mundo, cualquier avance en la explicación de cómo pretende abordar este problema es bienvenido. Reconociendo que el 30% de las emisiones estadounidenses de CO2 relacionadas con la energía proceden de la industria, se centra en el camino a seguir por cinco de las industrias que más CO2 emiten: refinerías de petróleo, productos químicos, hierro y acero, cemento y los sectores de alimentación 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 sólo el Gobierno estadounidense vio la eficiencia como parte del plan para evitar el desastre climático. La AIE publicó ese mismo mes su informe de seguimiento sobre Eficiencia Energética, en el que hace hincapié en:
"La eficiencia energética es la medida más importante para evitar la demanda de energía en el Escenario de Emisiones Netas Cero para 2050, junto con las medidas estrechamente relacionadas de electrificación, cambio de comportamiento, digitalización y eficiencia de los materiales."⁶
Podría pensarse que no hay nada más empresarial que aumentar la eficiencia. Que esté en la agenda de todos los días. Entonces, ¿por qué se nos recuerda constantemente su importancia?
...y por qué la optimización del sistema de vapor sigue siendo una prioridad
Ampliamente reconocido por muchas industrias como una parte esencial y duradera 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 los conocimientos nos permiten saber cómo hacerlo.
Hay una serie de medidas rentables y de eficacia probada para mejorar un sistema de vapor. La razón por la que no se adoptan universalmente se debe a una combinación de factores, muchos de ellos no relacionados con obstáculos monetarios.
La primera razón, y la más sencilla, se debe a la falta de información y conocimientos. Aunque recientes informes de alto nivel han señalado la eficiencia como primer paso hacia la descarbonización, los sistemas de vapor son complejos, a menudo exclusivos de una industria o incluso de una planta en particular. Saber dónde optimizar, cómo hacerlo eficazmente y comprender exactamente cuáles serán los beneficios requiere ayuda especializada.
Una serie de factores se combinan para mantener la eficiencia en lo alto de la lista de "cosas por hacer" de muchas empresas. A menudo, la falta de recursos financieros dificulta la adopción incluso de medidas que se amortizarán en poco tiempo (especialmente en el caso de 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, así como la falta de incentivos gubernamentales y de cumplimiento de la normativa, contribuyen a la inacción.
Más allá de las barreras generales que impiden mejorar la eficiencia, los sistemas de vapor tienen sus retos a superar. Tradicionalmente, muchas empresas se han centrado en las calderas y no en todo el sistema de vapor que incluye la generación de vapor (calderas), la distribución, los sistemas de recuperación y su aplicación
Aunque la optimización del sistema puede ser más difícil que cambiar una pieza del equipo, ya que requiere un conocimiento y una evaluación más holísticos del sistema, a menudo producirá un ahorro de energía mucho mayor en comparación con la sustitución de un solo componente por otro más eficiente.⁷
Y, si la simple sustitución de una caldera por otra de mayor eficiencia energética puede parecer razonable, no significa necesariamente que todo el sistema de vapor industrial vaya a ser más eficiente.
Evaluación de la optimización del sistema de vapor
Hace casi una década, el informe de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (UNIDO, de sus siglas en inglés) analizó las mejoras potenciales de eficiencia energética en los sistemas de vapor industriales.⁷ El objetivo era demostrar qué medidas de eficiencia eran rentables y estimar su valor. Se eligió China como caso de prueba.
Se consultó a siete expertos en vapor de EE.UU., Europa y China para determinar qué medidas comunes de eficiencia energética debían incluirse, su ahorro energético y el coste de aplicarlas.
A diferencia de muchos países, el patrón de consumo energético de China está dominado por el sector industrial. En 2019, la industria manufacturera representó alrededor del 55% del consumo total de energía de China, y el 59,6% de la energía del sector manufacturero provino del carbón.⁸
Tras acordar nueve medidas técnicamente viables, los expertos concluyeron que todas menos dos serían rentables y permitirían reducir las emisiones anuales de CO2 en 201,23 MtCO2. Si se tienen en cuenta todas las medidas, el potencial total de ahorro técnico de combustible se situaría en torno al 26% del combustible total utilizado para generar vapor.
Ese ahorro de combustible fue superior al consumo de energía primaria de más de 160 países del mundo.
Esta tabla enumera las nueve medidas de eficiencia de los sistemas de vapor, con los valores seleccionados:
Ahorro anual acumulado de combustible y reducción de emisiones de CO₂, porcentaje de mejora de la eficiencia y potencial de vida útil de las medidas de eficiencia de los sistemas de vapor industriales en China clasificadas por su CCE final (coste de la energía conservada)
| Porcentaje típico de mejora de la eficiencia energética con respecto a las prácticas de baja eficiencia | Potencial anual acumulado de ahorro de combustible en la industria (PJ/año) | Potencial anual acumulativo de reducción de emisiones de CO₂ de la industria (ktCO2/año) | Duración típica de la medida (años) | |
| 1: Gestión del exceso de aire: ajuste del control de posicionamiento existente (o control simple) | 5.0% | 348 | 34,177 | 0.5 |
| 2: Optimización de la combustión | 3.5% | 572 | 56,227 | 12 |
| 3: Optimización del aislamiento de tuberías, válvulas, accesorios y recipientes de vapor | 5.0% | 868 | 85,368 | 10 |
| 4: Optimización de la purga de la caldera y recuperación del calor de la purga de la caldera | 2.8% | 1,025 | 100,769 | 12 |
| 5: Aplicación de un programa eficaz de mantenimiento de purgadores de vapor | 2.2% | 1,140 | 112,049 | 7 |
| 6: Optimización de la recuperación de condensado |
4.1% | 1,346 | 132,304 | 12 |
| 7: Recuperación de energía térmica de los gases de combustión (economizador y/o calentador de aire) |
7.4% | 1,687 | 165,817 | 16 |
| 8: Flash-steam recovery |
3.9% | 1,851 | 181,953 | 10 |
| 9: Optimización de la pérdida por ignición (LOI) | 5.0% | 2,047 | 201,231 | 10 |
Si pensamos en el plazo de siete años para lograr un progreso real hacia la reducción a cero, la vida útil de estas medidas muestra cómo la optimización de los sistemas de vapor puede marcar una diferencia real. Si bien es evidente que una sola mejora tendría un impacto, es cuando se optimiza todo el sistema cuando los beneficios son significativos.
La mayoría de estas medidas son adecuadas para todos los sistemas de vapor, sea cual sea el medio de generación. La principal variable será, sin duda, el impacto en las emisiones de CO2.
Reconociendo la necesidad de una energía más limpia, el Presidente de China Xi Jinping ha declarado que el país será neutro en emisiones de carbono en 2060. Ya es el mayor inversor mundial en la transición hacia energías limpias, con un compromiso de 266.000 millones de dólares en 2021, más de un tercio del total mundial (755.000 millones de dólares).
Pero, dado que la vida media de una caldera de vapor es de más de 30 años, el abandono de los combustibles fósiles llevará tiempo. Si nos centramos en el presente y nos aseguramos de utilizar todas las medidas de eficiencia posibles, la reducción de emisiones está al alcance de la mano.
Optimización eficaz de los sistemas de vapor
Volviendo a las estadísticas energéticas del principio de este artículo y al reto que supone alcanzar los objetivos de cero emisiones netas, conviene ver cómo las generalizaciones en torno a la "eficiencia" pueden traducirse en acciones concretas.
Ninguna de estas medidas está pendiente de desarrollo. Todas son técnicamente posibles y, en la mayoría de los casos, rentables en un periodo de tiempo relativamente corto. Y, lo que es más importante, cosecharán beneficios tangibles mientras que las otras tecnologías más recientes aún se encuentran en las primeras fases de su evolución.
Desde la publicación del informe de la ONUDI, el potencial de optimización de los sistemas de vapor también ha avanzado. Ahora, con la rápida adopción de la transformación digital, nuestro conocimiento de los puntos exactos en los que la optimización será más eficaz 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 a la consecución de varios Objetivos de Desarrollo Sostenible ODS (confianza alta). Por ejemplo, los sensores, el internet de las cosas, la robótica y la inteligencia artificial pueden mejorar la gestión de la energía en todos los sectores, aumentar la eficiencia energética y promover la adopción de muchas tecnologías de bajas emisiones, incluida la energía renovable descentralizada, creando al mismo tiempo oportunidades económicas (confianza alta)³
En lo que respecta a la eficiencia, cada país tendrá aquellos quienes apliquen todas las medidas preventivas, así como también otros quienes nunca habrán pensado en la optimización de su sistema. Pero lo más probable es que siempre haya margen de mejora.
Gracias a los conocimientos digitales más recientes, nunca hemos tenido una mejor oportunidad de obtener una evaluación técnica detallada con las oportunidades de eficiencia energética del sistema de vapor. Nunca ha habido tanto en juego. Aunque es posible que veamos más noticias decepcionantes en torno al cambio climático, como dijo una vez Bill Gates, "las malas noticias son un titular, y la mejora gradual no lo es"
¹: Las emisiones mundiales de CO2 repuntaron en 2021 hasta su nivel más alto de la historia - Noticias - AIE
²: Las emisiones mundiales de CO2 aumentaron menos de lo inicialmente temido en 2022, ya que el crecimiento de las energías limpias compensó gran parte del impacto del mayor uso de carbón y petróleo - Noticias - AIE
³: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf
⁴: El IPCC lanza una "advertencia final" para mantener a 1,5 °C - Objetivos basados en la ciencia
⁵: Hoja de ruta para la descarbonización industrial del DOE | Departamento de Energía
⁶: Eficiencia energética - Análisis - AIE
⁷: Energy Efficiency Potentials in Industrial Steam Systems in China (unido.org)
Cuando se redactó el estudio, las calderas de carbón representaban en torno al 80-85%, las de petróleo y gas alrededor del 15% y las que utilizaban otros combustibles (por ejemplo, electricidad, biomasa, etc.) menos del 5% de la capacidad total de calderas en China.
⁸: ¿Cómo está cambiando la huella energética de China? | Proyecto ChinaPower (csis.org)
⁹: China - Países y regiones - AIE