La mecánica de la cerámica: cómo la industria puede descarbonizarse

La mecánica de la cerámica: cómo la industria puede descarbonizarse

Aunque las industrias de todo el mundo han intentado pasar a métodos más sostenibles, la extracción anual mundial de materiales se ha triplicado en los últimos 50 años. En Europa, la industria cerámica ha reducido a la mitad su consumo de energía en los últimos 25 años gracias a las nuevas tecnologías de fabricación.

Según la Comisión Europeala industria cerámica en Europa proporciona más de 338.000 puestos de trabajo y aporta 27.800 millones de euros a la economía de la UE. Aunque se enfrenta a elevados precios de la energía y a la dependencia de materias primas de productores extracomunitarios, las PYME que componen el sector pueden reaccionar con rapidez tanto a los cambios de la demanda como a las nuevas oportunidades.

El profesor Ian M Reaney titular de la Cátedra Dyson de Cerámica del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la Universidad de Sheffield, estuvo recientemente en Módena para hablar de los retos a los que se enfrenta la industria cerámica, las nuevas tecnologías que pueden reducir drásticamente las emisiones y sus propias motivaciones para ayudar a la industria a innovar.

Como experto en cerámica, ¿cuáles cree que son los principales retos de su investigación?

Son muchos. La mayoría de los productos cerámicos se fabrican con quemadores de metano, por lo que la industria tradicional de la cerámica, los azulejos, la alfarería, etc., genera importantes emisiones de carbono. También hay retos para crear materiales para aplicaciones sostenibles, como baterías, pilas de combustible, condensadores para vehículos eléctricos para mejorar el rendimiento, etcétera. Hay que mejorar esos materiales para ayudar al mundo a ser más eficiente en el uso de la energía.

Usted pronunció un discurso en la 9ª Conferencia Internacional MSSM en la que habló de la sostenibilidad de la fabricación de cerámica. ¿Qué opina al respecto?

Uno de los aspectos es el volumen de producción de cerámica: esta zona de Italia es muy famosa por la producción de cerámica tradicional de gran volumen. Estas fábricas existen desde hace cientos de años. A grandes rasgos, utilizan los mismos métodos de fabricación desde hace 30 o 40 años. Queman metano, que obviamente es más caro que antes, pero lo peor es que es un enorme emisor de CO2. Las temperaturas son muy altas, por lo que se queman muchos gases. Estas cerámicas se sinterizan o densifican a una temperatura de entre 1100 °C y 1200 °C.

Así que crear procesos de fabricación sostenibles es un objetivo importante que debemos abordar y alcanzar en los próximos años.

¿Cuáles son las alternativas?

Actualmente, en lo que se refiere a la producción en serie de cerámica -cerámica, ladrillos, tejas, baldosas decorativas- hay muy pocas alternativas que puedan dejarse caer de inmediato.

Los hornos son enormes. Cuestan millones y están diseñados para funcionar entre 30 y 40 años. El gasto en bienes de equipo es muy elevado. El problema es que alejarse de eso es caro, las tecnologías no están tan claras en este momento.

Hay dos tecnologías competitivas. Una sería adaptar los sistemas para quemar hidrógeno o mezclas de CH4/hidrógeno, pero la tecnología está en pañales. La otra es crear hornos eléctricos, pero estos hornos eléctricos serán hornos totalmente nuevos que sustituirían a los de la fábrica. Por tanto, el gasto en bienes de equipo es muy elevado. Esto debe tenerse en cuenta en cualquier tipo de planificación a largo plazo de una empresa que desee seguir el camino de la electrificación.

El reto de la sostenibilidad es reducir el calor innecesario.

En términos de sostenibilidad, hay un par de cosas. Hay muchos residuos asociados a la producción de cerámica. La cerámica es frágil, se cometen errores en la producción y se forman defectos. Lo primero es minimizar los residuos. Lo segundo es reutilizar los residuos que se producen. Y también, al reutilizar los residuos o añadir cosas al proceso, existe la posibilidad de reducir la temperatura de densificación [la temperatura que ayuda a fundir las partículas pequeñas en una masa densa]. Pero eso es bastante difícil en un proceso tradicional y puede que sólo se consigan unas decenas de grados. Es beneficioso y deberíamos hacerlo. Pero eso no es reducir masivamente el carbono incorporado en el producto. Lo está disminuyendo y mejorando, pero no es una bala de plata.

¿Cómo se gestionan actualmente estos residuos?

Bien gestionados, en una fábrica de cerámica podemos reciclar una cantidad significativa. Toda la [cerámica] precocinada se reciclaría, y se produciría un reciclado parcial de los residuos cocidos. Pero también existe la simbiosis industrial, que permite reutilizar esos residuos en otras tecnologías. La del cemento/hormigón es muy popular porque el cemento contiene partículas, y esas partículas pueden ser trozos de residuos cocidos de otras rutas de fabricación de cerámica.

Desgraciadamente, si uno va a cualquier fábrica de cerámica, verá los residuos almacenados junto a la fábrica o, en el peor de los casos, enviados al vertedero. Encontrar los medios para lograr la simbiosis industrial es un gran reto que están abordando. Pero llevará un tiempo.

¿Qué papel desempeña el agua en estos procesos?

El agua está en todo. En el proceso de esmaltado se utiliza agua. Se suele hacer algo llamado cascada de una lechada de partículas, y la base de esa lechada es el agua. La propia arcilla emite agua porque es un mineral hidratado. El agua está prácticamente en todos los procesos.

Yo diría que el lugar más obvio en el que se ve agua es durante el proceso de secado por pulverización, que produce la granulación, y también en la aplicación del esmalte y algo llamado engobe, que es el nombre de una capa de preesmalte.

Un proyecto destacado en el MSSM es el financiado por la UE iWAYS financiado por la UE, cuyo objetivo es mejorar las industrias sostenibles introduciendo tecnologías capaces de recuperar agua y energía de los gases de escape industriales. En su opinión, ¿cómo podría beneficiar la tecnología iWAYS a la industria cerámica?

Los principales objetivos del proyecto iWAYS son la recuperación de energía mediante sistemas de intercambio de tubos de calor, principalmente, y la recuperación de agua. Así, se podría imaginar que se podría recuperar el agua de los procesos y reutilizarla en una granulación y en todo el proceso de fabricación de cerámica.

También son importantes los sistemas de recuperación de energía que iWAYS y proyectos anteriores han desarrollado. Los sistemas de intercambio de calor basados en la tecnología de tubos de calor pueden abarcar una gama de temperaturas inusualmente amplia. Por tanto, puede funcionar igual de bien a baja temperatura, con calor de bajo grado y con calor de alto grado. Puede proporcionar una importante recuperación de energía y devolver el calor a la producción y reducir la energía total utilizada en el proceso de fabricación.

Creo que tiene dos aspectos. Creo que el principal es la recuperación de energía, pero también hay que gestionar el agua y asegurarse de reciclarla y reutilizarla.

En su opinión, ¿cuál es la mejor medida para descarbonizar la industria cerámica?

Se necesita una respuesta holística. Hay que tener en cuenta la eficiencia de los recursos, es decir, reutilizar tantos residuos como sea posible. Hay que reducir el carbono, las materias primas y eliminar la piedra caliza, por ejemplo, de las fórmulas.

Hay que estudiar la recuperación de energía, por ejemplo con la tecnología de tuberías de calor, para abordar aspectos que no se utilizan actualmente. La redirección del aire caliente se utiliza habitualmente, pero los sistemas de tuberías de calor son mucho más avanzados que eso.

La otra es animar a los gobiernos a descarbonizar la red. Pero no podemos esperar a que se completen esos megaproyectos de hidrógeno y electrificación. Tenemos que empezar con los conceptos de eficiencia energética y de recursos que se debaten en iWAYS, por ejemplo. Tenemos que empezar con eso inmediatamente, si no está ya en marcha, porque se puede avanzar en esta área de forma bastante sustancial haciendo pequeñas mejoras en la descarbonización a través de la eficiencia de los recursos. Será la estrategia dominante (de mitigación del carbono) durante al menos diez años más, antes de que los megaproyectos de hidrógeno y electrificación empiecen a surtir efecto.

¿Cómo ha visto evolucionar el sector en Europa?

Depende de dónde nos encontremos en Europa, porque gran parte de la industria cerámica se externaliza ahora a Extremo Oriente. Creo que ha habido una evolución en el pensamiento de que queremos mantener los puestos de trabajo aquí y mantener el control del carbono incorporado en lugar de simplemente detener la producción y permitir que los productos con alto contenido en carbono incorporado se importen de otros países.

Creo que está surgiendo un modelo de pensamiento sostenible en las empresas. En parte se debe a iniciativas gubernamentales, pero también a que se han dado cuenta de que existe un mercado para los productos sostenibles. Al fin y al cabo, la gente quiere ganar dinero.

Los tres pilares de la sostenibilidad son la economía, la sociedad y el medio ambiente. Hay que tener los tres. La economía forma parte de la sostenibilidad. ¿Qué sentido tiene tener un producto perfectamente sostenible y neto cero que nadie compra? Se acepta que es un modelo de negocio viable. Veo que las cosas están cambiando, mientras que antes se iba hacia una producción de muy bajo coste o se mantenían algunos materiales de alta calidad a un valor muy alto sin pensar en el alto carbono incorporado. La mayoría de las empresas tienen ahora toda una línea de productos sostenibles con mejores credenciales ecológicas, y también tienen que mostrar esas credenciales ecológicas. Esos productos tienen que ser demostrablemente más ecológicos.

¿Cree que las empresas son cada vez más conscientes de estas cuestiones de sostenibilidad en la industria cerámica?

Es el palo y la zanahoria. Hay un "palo" del Gobierno: no podemos seguir quemando combustibles fósiles, por lo que se imponen derechos de emisión de carbono y cosas así. Y luego está la "zanahoria": cosas como el "Green Deal" europeo, y cosas similares en el Reino Unido. Estas cosas funcionan en tándem: el estímulo de la inversión y el palo de la legislación.

Encontrará la entrevista completa en vídeo: youtu.be/dTe08sh4P5A