El calor representa la mitad del consumo total de energía del mundo, por lo que descarbonizarlo es esencial para combatir el cambio climático.
El calor industrial representa la mitad de todo el calor utilizado y requiere nuevas innovaciones para que el sector pueda descarbonizarse.
Descarbonizar el calor ofrece oportunidades para reducir las emisiones de carbono y, potencialmente, crear industrias completamente nuevas.
El calor representa la mitad del consumo total de energía del mundo; una proporción significativamente superior a la de la electricidad (20 %) y el transporte (30 %). No es de extrañar que el calor contribuya a más del 40 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (CO2) relacionadas con la energía.
Sin embargo, la mayoría de los esfuerzos climáticos se han centrado en descarbonizar la electricidad y los automóviles. No fue hasta el año pasado, tras la invasión de Ucrania por parte de Vladímir Putin y la consiguiente crisis energética, cuando realmente se aceleraron la atención y los esfuerzos dedicados a descarbonizar el calor.
Puede que esta sea la batalla más difícil —pero también la mayor oportunidad sin explotar— en la lucha contra el cambio climático.
¿Dónde se utiliza el calor?
En promedio, alrededor del 60 % de la demanda energética de los hogares en Estados Unidos se destina a la calefacción; en Europa, la cifra alcanza aproximadamente el 80 %.
Por suerte, el calor que se necesita en estos casos es de baja temperatura, por lo que las bombas de calor eléctricas y la electricidad renovable están contribuyendo a reducir las emisiones.
En los entornos comerciales y profesionales, el uso del calor es aún más amplio. La calefacción resulta fundamental para mucho más que suministrar aire caliente y agua en las oficinas. Pensemos en la hamburguesa de comida rápida que comimos, los granos tostados para nuestro café con leche, el lavado de sábanas y toallas en un hotel o el vapor abrasador y el agua caliente que desinfectan desde platos hasta bisturíes en un hospital.
La industria, el mayor usuario de calor
Pero el mayor usuario es la industria, que consume el 50 % de todo el calor, un componente esencial de la fabricación, que incluye el refinado de materias primas, la fundición de metales y la producción de sustancias químicas.
El calor también se utiliza para producir de todo, desde papel hasta caucho, así como una gran variedad de alimentos y bebidas, por ejemplo, para hornear pan, elaborar cerveza y pasteurizar leche. De hecho, los cuatro materiales de los que depende la civilización humana —amoníaco, cemento, acero y plásticos— utilizan mucho calor en su producción.
Para destacar realmente los retos de descarbonizar el calor comercial e industrial, veamos cómo se fabrican los productos ecológicos.
En prácticamente todas las etapas del ciclo de producción de un panel solar terminado se utiliza calor, antes de que llegue a tu tejado. Su componente principal es la oblea de silicio, cuya formación y purificación se realizan a entre 1.400 y 1.700 °C para crear el lingote de silicio. Después, es necesario dopar el silicio para aumentar su conductividad, normalmente a más de 800-1.000 °C en un horno de difusión.
Para proteger esta célula solar, se coloca entre capas protectoras de vidrio y resina. Se aplica calor para curar la resina, y el vidrio se produce fundiendo arena y otros materiales en un horno que alcanza más de 1.700 °C.
Los componentes eléctricos del panel se soldaron a más de 400 °C y se unieron; si hay aislantes cerámicos, se fabricaron mediante cocción y sinterización a más de 1.000 °C. El embalaje de plástico y cartón utilizado para enviar el producto solar final también se fabricó con calor, a unos 200 °C. Los plásticos suelen extruirse, moldearse e incluso termoendurecerse con calor, mientras que la pulpa de papel se descompone y se seca mediante calor.
No se trata solo de la energía solar. El cemento de nuestros aerogeneradores se ha sometido a un proceso pirotécnico en un horno a entre 1.400 y 1.500 °C. Es probable que el cobre de los cables de tu vehículo eléctrico se haya calentado durante los procesos de recocido, conformado y revenido, por no hablar de todos los metales y plásticos que componen la carrocería.
Este es el problema: las temperaturas son altas. De hecho, el 70 % de todo el calor industrial supera los 100 °C, y casi la mitad supera los 400 °C.
Por desgracia, las leyes de la termodinámica impiden que las bombas de calor eléctricas produzcan calor a alta temperatura de forma eficiente. Dado que los combustibles fósiles suelen costar entre tres y cinco veces menos que la electricidad suministrada al final de la red, las empresas no pueden hacer el cambio de forma rentable.
Aunque producir energía renovable es cada vez más barato, es poco probable que se cierre la brecha para el consumidor final, ya que la propia red representa una parte importante del coste. En Estados Unidos, los costes de transmisión y distribución ya representan el 44 % del coste total de la electricidad suministrada. En la calefacción comercial e industrial, por lo general, pasarse por completo a la electricidad no ofrece ahorros de eficiencia ni económicos.
Así que hoy en día, la gran mayoría de este calor se genera mediante la quema de combustibles fósiles. ¿Qué podemos hacer para alcanzar las cero emisiones netas?
Soluciones térmicas en desarrollo
Una opción es trasladar tu empresa y tu fábrica a una zona con un suministro constante y barato de electricidad sin carbono, las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Por eso el principal producto de exportación de Islandia es el aluminio, gracias a la abundante y asequible energía geotérmica de este país volcánico.
Los hornos de arco eléctrico pueden utilizar electricidad renovable para alcanzar altas temperaturas, pero tienen limitaciones: solo pueden calentar materiales conductores, como los metales.
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Los biocombustibles son otra opción. Las fuentes de combustible orgánico, como las astillas de madera, el serrín y los residuos agrícolas, pueden quemarse en calderas u hornos. Esto puede generar buenas sinergias con las industrias que utilizan mucha biomasa.
Por ejemplo, muchas fábricas de papel y pasta de papel queman sus residuos de madera para producir calor limpio, y las empresas de procesamiento de alimentos suelen incluir la biomasa y el biogás en sus estrategias de descarbonización para obtener calor renovable.
El hidrógeno puede arder a unos 2.000 °C, por lo que también puede ser una solución de adaptación de bajo coste para los equipos de calefacción comerciales e industriales. Sin embargo, la producción convencional de hidrógeno emite mucho CO2.
Por lo tanto, tendríamos que producir hidrógeno mediante electrólisis del agua con electricidad sin carbono —lo que se conoce como hidrógeno verde— o a partir de gas natural y biogás con captura de carbono antes o después de la combustión —lo que se conoce como hidrógeno turquesa o azul—.
Sin embargo, el hidrógeno limpio aún no es asequible, y es un combustible particularmente difícil de transportar y distribuir. Habrá que resolver estos problemas antes de que se utilice ampliamente.
La captura y almacenamiento de carbono (CAC) consiste en capturar CO2 de la chimenea y almacenarlo bajo tierra. La CAC puede aplicarse a grandes fuentes puntuales de emisiones de carbono, como las grandes fábricas industriales.
Sin embargo, capturar y comprimir carbono requiere energía, lo que reduce la eficiencia energética global. Además, las formaciones geológicas donde el CO2 puede almacenarse de forma segura y sin fugas suelen estar muy lejos de las empresas y fábricas, y como el CO2 es un gas, transportarlo y almacenarlo también es caro.
Por último, se investiga el almacenamiento térmico como medio para guardar el excedente de electricidad renovable generado durante períodos de alta producción, por ejemplo, la energía solar al mediodía. El reto consiste en encontrar un medio de almacenamiento barato y con un aislamiento excelente que mantenga el calor a una temperatura suficientemente alta durante horas y días.
También es difícil recuperar el calor almacenado y transportarlo hasta la fábrica y el material que se debe calentar, especialmente en aplicaciones de alta temperatura en las que no se puede utilizar vapor. Por último, el coste que supone la complejidad de adaptar una solución de almacenamiento térmico es otro reto.
No hay una forma fácil de descarbonizar el calor industrial
Por ahora, no existe una solución milagrosa para descarbonizar el calor comercial e industrial. Pero me gustaría terminar con una nota de aliento.
La dimensión del mercado y el impacto en las emisiones de CO2 de descarbonizar el calor están a la altura de lo que ya hemos visto con las revoluciones de la energía solar, eólica y los automóviles eléctricos.
La calefacción es un servicio energético enorme, vital y diverso, para el que no existe una única solución de descarbonización que sirva para todos los casos.
Necesitaremos distintas innovaciones para descarbonizar sus múltiples niveles de temperatura y aplicaciones, y cada una de ellas podría convertirse en una nueva industria. Habrá muchos ganadores; empecemos.
