La industria química le apuesta a ser neutral en carbono para 2050

El uso de fuentes de materias primas y energías más limpias implica reemplazar fuentes fósiles por alternativas renovables. Para poder escalar los esfuerzos que se están haciendo el instituto Fraunhofer ha creado plantas piloto, donde se pueden hacer pruebas en escalas de producción reales.

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Información obtenida del Instituto Fraunhofer de Microestructura, Materiales y Sistemas IMWS.

En una transformación sin precedentes, varios gigantes de la industria química vienen declarando su voluntad de volverse neutrales en el clima para el año 2050. Esta gigantesca tarea viene impulsada por las condiciones políticas cada vez más estrictas, y también responde a las demandas del úblico en general. Pero en general, la industria busca disminur su huella ecológica y garantizar su continuidad hacia el futuro. El objetivo es ir dejando poco a poco la dependencia de combustibles fósiles y migrar hacia fuentes renovables, así como abrazar la economía circular.

Expertos de diversas áreas se han unido para formar la plataforma Chemistry4Climate y trabajaron juntos en soluciones para la transformación de la industria química para 2045. Este proceso, que duró de mayo de 2021 a abril de 2023 y fue financiado en Alemania por los Ministerios Federales de Medio Ambiente y de Asuntos Económicos y Protección del Clima, reunió a unos 80 actores de la industria, la política y la sociedad civil.

El objetivo a largo plazo es también convertir el enfoque en una producción respetuosa con el medio ambiente en una ventaja competitiva decisiva para la industria química en Alemania. Los consumidores exigen cada vez más productos que no sólo sean de alta calidad sino también producidos de forma sostenible.

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Las empresas que cumplen estos requisitos mejoran su posición en el mercado global y pueden ganarse la lealtad de consumidores conscientes del medio ambiente. Este desarrollo garantiza que la sostenibilidad se convierta en una parte integral de muchas estrategias corporativas y puede ser crucial para el éxito a largo plazo.

Energías limpias

Para lograr una industria química que sea más sostenible, uno de los pasos es dejar la dependencia de las fuentes fósiles, tanto de la energía como de las materias primas. Actualmente entre el 70 y el 80% de los productos químicos se basan en materias primas fósiles, como Nafta o gas natural.

Migrar hacia procesos de menor impacto ambiental implica en general más consumo de energía, ya que estos procesos tienden a ser más intensivos en el consumo. Con esto se esperaría que la industria química requiera aún más energía de la que ya consume (que en Alemania representa el 10% del total de la demanda nacional de energía eléctrica y 14% de la de gas natural).

Actualmente existen varias alternativas para lograr dejar la dependencia de fuentes fósiles. Una medida clave es el uso de residuos plásticos como materia prima secundaria para satisfacer las necesidades de carbono de la industria. Esto requiere el desarrollo de una economía circular integral que cubra toda la cadena de valor e incluya el reciclaje tanto mecánico como químico.

Además de estas medidas, el uso de biomasa y materias primas renovables, el uso de CO2 como fuente de materia prima y el uso cada vez mayor de hidrógeno verde se consideran recursos clave del futuro de aquí a 2045; se planeta el uso de diversas tecnologías en paralelo en la fase de transición.

Transformando el proceso de craqueo

Al pasar a una base de materias primas sostenibles y a energías renovables, es fundamental para la industria química garantizar la constancia de los flujos de materiales y un suministro energético fiable. En particular, un desafío importante representa el proceso de craqueo, que marca el inicio de todo proceso productivo en la industria química: estos craqueadores, que producen moléculas de cadena corta a partir de nafta u otros hidrocarburos de cadena más larga que funcionan como materia prima, consumen mucha energía y requieren un funcionamiento constante sin fluctuaciones.

Por lo tanto, proporcionar la energía necesaria, especialmente en tiempos de fluctuación en la generación de electricidad a partir de energía eólica y solar, es un enorme desafío para la producción a gran escala. Ya se han dado los primeros pasos: grandes empresas como BASF, Sabic, Linde y Dow, Shell han unido fuerzas para desarrollar conjuntamente los primeros sistemas de craqueo eléctrico y probarlos a escala piloto.

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El Dr. Stefan Löbbecke, portavoz de la Fraunhofer Chemical Alliance, fundada en 2021 y en la que 15 institutos Fraunhofer han aunado sus conocimientos, considera positivas las perspectivas de futuro para el uso de craqueadores eléctricos en la gran industria: “La mayoría de los craqueadores de vapor en Alemania funcionan a temperaturas de hasta 800 a 850 °C. Existen enfoques tecnológicamente muy convincentes para cubrir las necesidades energéticas necesarias basándose en la electricidad verde. Al mismo tiempo, también se están probando otras rutas de síntesis que requieren menos energía desde el principio”, comenta el experto en entrevista para la publicación alemana “Kunststoffe”.

De la pequeña a la gran escala

Cambiar los procesos de producción en la industria química, como el craqueo o la producción de productos a partir de materiales biogénicos, requiere el desarrollo de nuevos procesos de fabricación, desde rutas de síntesis hasta procesamiento posterior y control de calidad.

El uso de materias primas no fósiles requiere un ajuste de los procesos de síntesis para obtener el mismo producto final con una calidad constante. Estos ajustes incluyen cambios en las vías de reacción y modificaciones en la reacción química y el control del proceso, incluidos cambios en los tiempos de reacción, tiempos de mezcla y temperaturas, en disolventes, catalizadores u otros componentes de reacción.

A medida que los procesos de reacción contienen más etapas, aumentan la complejidad y las exigencias en la tecnología de procesos. Esto también se aplica a los procesos de preparación y purificación posteriores a las etapas de reacción (procesamiento posterior).

Un desafío particular aquí es que la implementación exitosa de una ruta de síntesis a pequeña escala no necesariamente garantiza su funcionalidad o viabilidad económica a escalas mayores. El aumento de escala va acompañado de numerosos desafíos de ingeniería de procesos.

Para hacer frente a esta situación, la Sociedad Fraunhofer gestiona cuatro plantas piloto en el triángulo químico central de Alemania. Aquí las empresas pueden probar nuevas ideas, utilizar el equipamiento técnico de las instituciones de investigación y recibir asesoramiento de expertos experimentados, desde la formulación adecuada del material hasta los parámetros adecuados para la tecnología de proceso y recomendaciones para una comercialización exitosa. “Ofrecemos a nuestros clientes apoyo en investigación aplicada, facilitamos la implementación de procesos técnicos y desarrollamos soluciones para su implementación técnica y económica a mayor escala. De esta manera las empresas pueden minimizar sus riesgos”, afirma Löbbecke.

Los sistemas piloto del Instituto Fraunhofer son importantes, entre otras cosas, para proporcionar cantidades de muestras y datos de proceso para permitir pruebas adicionales y cumplir con los requisitos de calidad y propiedades específicas de los clientes. Los conocimientos adquiridos ayudan a la industria química a diseñar sus propios procesos de producción y, por supuesto, a adoptar una base energética y de materias primas sostenibles.

Estas plantas piloto pueden ser particularmente valiosas para empresas más pequeñas y aquellas con carteras de productos específicas. Dado que entre el 85 y el 90 por ciento de la industria química alemana está formada por empresas medianas que a menudo dependen de la gran industria y tienen una capacidad limitada para probar procesos alternativos, los Institutos Fraunhofer ofrecen un importante potencial de apoyo en este sentido.

Fuente:

“Nachhaltigkeit als neuer Standard: Transformation de chemischen Industrie“. Kunststoffe, Diciembre 18-2023-