Los hornos industriales eficientes en el plano ecológico recuperan y almacenan el calor residual para cuando lo necesitan
Las industrias de gran consumo energético requieren enormes cantidades de energía para desarrollar procesos químicos, físicos o mecánicos y liberan al medio ambiente cantidades ingentes del total de energía utilizado como calor residual; tan solo una fracción relativamente pequeña se destina en realidad a fines de calefacción directa o generación de electricidad. Si la energía está presente, ¿por qué no utilizarla para aumentar aún más la eficiencia de los procesos industriales?
Recuperar el calor facilitaría el ahorro de 300 TWh anuales
En ningún lugar es más significativa la recuperación del calor residual que en los hornos de calefacción y fusión alimentados por combustibles fósiles que se utilizan en las industrias, especialmente en aplicaciones relativas a la metalurgia, el vidrio y la cerámica. Las mayores pérdidas de calor ocurren en el escape de los hornos, donde la temperatura puede alcanzar los 1 600 °C. Aunque este es el calor más práctico de recuperar y reutilizar, las industrias de gran consumo energético apenas emplean este calor de alta temperatura en beneficio propio, debido sobre todo a obstáculos tecnológicos o económicos. «En Europa, las plantas industriales podrían ahorrar en torno a 300 TWh de calor residual al año», señala Patricia Royo, coordinadora del proyecto en la Fundación CIRCE. Esto equivale a un ahorro de más de 250 millones de toneladas de emisiones de CO2 cada año. Junto con los socios del proyecto en Alemania, España, Francia, Italia, Polonia, Eslovenia, Reino Unido y Turquía, el centro de tecnología radicado en España dirigió el proyecto VULKANO, financiado con fondos europeos. La mayoría de los trabajos prometedores se centraron en la tecnología de almacenamiento de energía térmica basada en materiales de cambio de fase, que pueden recuperar y almacenar calor de alta temperatura procedente de fuentes de más de 1 000 °C. Su tecnología de almacenamiento de energía térmica de retroadaptación podría ayudar a las industrias europeas de gran consumo energético a aumentar la eficiencia energética de sus hornos de calefacción y fusión en un 10 %.
La fase lo es todo
«Integrar el almacenamiento de energía térmica con los materiales de cambio de fase permite recuperar y almacenar el calor residual de los gases de combustión u otras fuentes de calor excedente para precalentar el aire que entra en el horno», explica Royo. Cuando se derrite o solidifica un material de cambio de fase, se absorbe o libera una gran cantidad de energía. Este calor latente puede utilizarse cuando sea necesario. «En comparación con los sistemas que dependen del calor sensible, los materiales de cambio de fase tienen una alta densidad de almacenamiento energético, que los convierte en una opción de diseño más compacto. Además, contribuyen a mantener un almacenamiento casi isotérmico y aumentan la flexibilidad del sistema. El almacenamiento de calor podría servir para muchos fines, tales como precalentar el aire de combustión que se dirige a la entrada del horno o incrementar la temperatura de la carga. Los socios del proyecto probaron su tecnología en una planta siderúrgica de Eslovenia y comunicaron resultados emocionantes. El sistema por sí solo puede ahorrar 351 MWh de energía térmica al año. En las demostraciones del proyecto, la reutilización de la energía térmica recuperada dio lugar a un aumento del aire de combustión de 200-300 °C. Los materiales de cambio de fase podrían dar lugar a un aumento de la eficiencia energética de los hornos del 5 al 12 % durante la fase de recirculación. La tecnología de almacenamiento y recuperación de calor residual es solo una parte de la solución integrada de retroadaptación avanzada propuesta por VULKANO para lograr hornos competitivos y eficientes en el plano ecológico. Otras innovaciones son los materiales refractarios, los quemadores de combustión conjunta, los sistemas de vigilancia y control y una herramienta de predicción interna holística. «Las tecnologías de retroadaptación integradas de VULKANO ofrecen una forma de mejorar los hornos industriales existentes», concluye Royo. «El ahorro anual en energía podría ascender a 100 000 EUR».
Palabras clave
ULKANO, calor residual, material de cambio de fase, hornos industriales, almacenamiento de energía térmica, industrias de gran consumo energético, eficiencia energética
