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Oct 15, 2023

La industria de Nueva Zelanda quema el equivalente a 108 litros de gasolina por segundo

Profesor titular de Ingeniería de Procesos y Energía, Universidad de Waikato

Profesor titular de Ingeniería de Procesos y Energía, Universidad de Waikato

Profesor asociado, Universidad de Waikato

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Nueva Zelanda quema el equivalente a 108 litros de gasolina cada segundo en carbón y gas natural para generar calor para procesos industriales. Esta quema de combustibles fósiles para calor industrial genera el 28% de las emisiones relacionadas con la energía de Nueva Zelanda.

La industria necesita grandes cantidades de calor para una amplia gama de actividades, incluido el procesamiento de alimentos básicos, la fabricación de materiales para la construcción de viviendas y la producción de envases para productos cotidianos.

Pero está muy claro que para lograr una economía de carbono cero neto para 2050, debemos aumentar el uso de tecnología de energía renovable para generar calor industrial, en lugar de quemar combustibles fósiles.

El gobierno está utilizando un enfoque de palo y zanahoria para impulsar la transición a energías renovables y bajas en carbono. El "palo" requiere que la industria elimine gradualmente las calderas de carbón para aplicaciones de calor de baja y media temperatura para 2037. La nueva exploración de gas natural también ha terminado efectivamente, lo que conducirá a futuras disminuciones en el suministro de gas.

La "zanahoria" es el fondo de Inversión del Gobierno en Iniciativas de Descarbonización. Los resultados hasta ahora son significativos, con la industria recurriendo a soluciones probadas y verdaderas: mejoras en la eficiencia energética, calderas de biomasa, calderas de electrodos y bombas de calor, a veces combinadas con baterías eléctricas o térmicas.

Estas tecnologías son limpias y verdes, pero también son escalables a las necesidades industriales. Echemos un vistazo a cuáles son estas diferentes opciones.

La primera opción, aumentar la eficiencia energética, es donde todas las empresas industriales deberían comenzar sus viajes de descarbonización. Reduce la necesidad de suministrar calor en primer lugar. Minimizar la demanda de calor también significa que las calderas de reemplazo pueden tener capacidades más pequeñas, lo que reduce los costos de inversión.

La segunda opción es utilizar calderas de biomasa. En los últimos años, las calderas de biomasa se han instalado en varios sitios industriales grandes.

Estas calderas queman biocombustibles, generalmente un subproducto del sector de procesamiento de la madera, como aserrín, astillas de madera y gránulos de madera, para generar el vapor y el agua caliente necesarios para un sitio. Fonterra, por ejemplo, está construyendo actualmente una nueva caldera de biomasa de 30 megavatios en su sitio de Waitoa.

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Las calderas de biomasa proporcionan un reemplazo similar para las calderas de combustibles fósiles. Pero su uso no es sencillo. Nadie sabe realmente cuál será la futura disponibilidad de biomasa de bajo costo debido a la rápida expansión del mercado en los últimos años, la incertidumbre en torno a las fuentes de biomasa y el aumento de la demanda.

La tercera opción es utilizar calderas de electrodos. Estos son baratos de instalar pero usan electricidad como fuente de energía. El costo de este calor suele ser tres veces más caro que el de los combustibles fósiles. La industria también suele estar expuesta al mercado al contado de la electricidad, donde el precio varía drásticamente tanto a diario como estacionalmente, lo que presenta tanto un riesgo como una oportunidad.

El fabricante y proveedor de productos lácteos Open Country Dairy, con la ayuda de la tecnología de "control inteligente" de Simply Energy, instaló recientemente una caldera de electrodos junto a su caldera de carbón existente. La caldera de electrodos se apaga cuando el precio de la electricidad es alto, cambiando la carga al carbón, y se vuelve a encender cuando el precio es lo suficientemente bajo. Esta es una solución rentable, pero invariablemente una medida provisional a medida que el carbón se va eliminando.

La cuarta opción, bombas de calor, utiliza un tipo diferente de tecnología. Sobre el papel, las bombas de calor industriales tienen el potencial de alcanzar de dos a tres veces los niveles de rendimiento de las calderas de biomasa o de electrodos, aunque a menudo a temperaturas de calentamiento más bajas. Un mejor rendimiento significa costos operativos proporcionalmente más bajos. La tecnología actual de bombas de calor puede dar servicio a la calefacción hasta unos 90 °C.

Los sitios de procesamiento de carne como ANZCO y Silver Fern Farms, ambos cerca de Christchurch, están utilizando bombas de calor para recuperar y mejorar el calor residual de sus enfriadores para generar el agua caliente que necesitan. Esta es otra forma inteligente de utilizar la tecnología convencional.

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En el futuro, necesitamos bombas de calor que superen con creces los 90 °C para aumentar su aplicabilidad en una gama más amplia de sitios industriales. En Europa, muchas unidades de demostración de tecnología actual ahora pueden calentar hasta 150 °C utilizando un refrigerante HFO (gases de efecto invernadero fluorados sintéticos) o CO₂.

Los refrigerantes HFO se posicionaron como la respuesta a los gases que agotan la capa de ozono, pero investigaciones recientes expresan preocupaciones acerca de que se degraden en "sustancias químicas permanentes" con graves implicaciones para la salud humana y ambiental. La Unión Europea ahora planea eliminar rápidamente y prohibir su uso para 2026.

MAN Energy Solutions, que recientemente se asoció con Fonterra, ofrece una bomba de calor de CO₂ que también puede generar agua caliente a 150 °C con una relación de rendimiento de uso de calor a electricidad de casi tres. Esto significa que solo utiliza un tercio de la electricidad para generar la misma cantidad de calor que una caldera de electrodos.

Estas cuatro opciones tienen un papel fundamental que desempeñar en la descarbonización de la industria de Nueva Zelanda. Diferentes sitios exigirán diferentes soluciones que a menudo combinarán múltiples enfoques para lograr la solución más rentable.

Tradicionalmente, Nueva Zelanda ha sido un importador de tecnología energética. Sin embargo, la alta demanda de tecnología de punta para calderas y bombas de calor en mercados mucho más grandes en Europa y en otros lugares podría dificultar que las empresas de Nueva Zelanda accedan a la planta y al soporte técnico necesarios sin largos tiempos de espera.

Si pudiéramos desarrollar y fabricar los nuestros, podríamos brindar soluciones personalizadas para la industria de Nueva Zelanda. Muchos de los trabajos de fabricación "verdes" asociados también estarían ubicados aquí en casa.

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La descarbonización del calor industrial presenta un gran desafío, pero también una oportunidad. El desafío es hacer que la transición energética sea lo suficientemente rápida para limitar el cambio climático y mantener los costos de energía lo suficientemente bajos para mantenerse en el negocio.

A medida que hacemos esta transición, también necesitamos un cambio de paradigma en la actitud y la ambición hacia las vías de investigación, desarrollo y fabricación de tecnología avanzada para maximizar el beneficio de New Zealand Inc.