Cuatro jóvenes científicos hablan del futuro de la recuperación del calor residual

En la encrucijada hacia la sostenibilidad, las industrias que hacen un uso intensivo de la energía se enfrentan a grandes retos: la recuperación del calor residual es una de las opciones más prometedoras para ahorrar energía, alimentar una economía circular y ser ecológicos. Desde hace más de tres años, un grupo de científicos de cuatro países europeos trabaja en la ETEKINA para reinventar una tecnología increíblemente eficiente para recuperar y reutilizar el exceso de calor.

En el marco del proyecto ETEKINA, los investigadores han desarrollado tres nuevos intercambiadores de calor de tubo de calor (HPHE) para hacer frente a los retos específicos de diferentes industrias que consumen mucha energía. Ahora, a sólo unos meses de la finalización del proyecto de la UE, cuatro de las mentes más jóvenes implicadas en este proyecto se reunieron en una videollamada el mes pasado para compartir sus ideas y esperanzas sobre el impacto que esperan que tengan los innovadores HPHE en sectores que registran algunas de las mayores huellas de carbono del mundo.

Sus nombres son Matevz Pusnik, Nerea Nieto, Lujean Ahmad y Matteo Venturelli. Los cuatro coinciden en que una de las características más valiosas del proyecto es la creación de una herramienta revolucionaria que beneficiará a las industrias de alto consumo energético con un potencial sin explotar para reutilizar el calor residual. "El HPHE es una solución compacta y robusta para las industrias que hacen un uso intensivo de la energía en un momento en que la utilización del calor residual es un tema candente en todo el mundo", dice Matevz. "Y es muy innovador".

Las HPHE de ETEKINA se han diseñado con el objetivo de recuperar entre el 57% y el 70% de los flujos de calor residual en tres sectores concretos: acero, aluminio y cerámica. Estos investigadores esperan que la HPHE contribuya al impulso que se está produciendo en torno a los sistemas de aprovechamiento del calor residual: a medida que aumenta la concienciación sobre el cambio climático, también lo hace el mercado mundial de las tecnologías de recuperación del calor residual. Se espera que este sector registre incrementos anuales del 6% en los próximos años hasta alcanzar los 16.800 millones de dólares en 2023, según la empresa de estudios de mercado Technavio. Matevz, Nerea, Lujean y Matteo creen que, en el futuro, todas las industrias que hacen un uso intensivo de la energía tendrán que utilizar algún tipo de sistema de recuperación de calor. "Esa es la esperanza y el objetivo", dice Lujean.

Unir las fuerzas de toda Europa

Durante más de tres años, los jóvenes investigadores han combinado los esfuerzos de cuatro países diferentes. En Eslovenia, Matevz Pusnik, de 39 años, es el responsable de desarrollar una herramienta de gestión de software de recuperación de calor multiuso que se empleará en uno de los casos de estudio de ETEKINA, una empresa de producción de acero de la ciudad de Ravne na Koroškem. "Se trata de una herramienta personalizada que permite optimizar los costes y que puede ser utilizada por otras industrias de alto consumo energético para la optimización de procesos y la evaluación basada en escenarios", explica. Matevz es investigador del Instituto Jožef Stefan, donde también aplica su experiencia en gestión de la energía industrial a la preparación de modelos que apoyan los documentos estratégicos y políticos nacionales.

Desde más de 1.600 kilómetros de distancia, en el norte de España, la ingeniera Nerea Nieto, de 34 años, está vinculada a esta conversación. Es miembro del equipo del instituto de investigación Ikerlan que supervisa la implantación de HPHE en una instalación de fundición de aluminio en Arrasate-Mondragón. Ha participado activamente en ETEKINA desde el principio, ayudando a preparar la propuesta y desarrollando una herramienta para identificar si HPHE se ajusta a las necesidades del cliente. "Trabajamos con socios industriales para identificar qué flujo de calor residual tiene el mayor potencial para nuestra tecnología, así como el proceso interno en el que se puede reutilizar este calor recuperado", explica Nerea. Todo ello mientras buscan nuevas ideas con potencial para convertirse en un proyecto de la UE.

Científicos como ella y Matevz están acostumbrados a la multitarea, dividiendo su tiempo entre diferentes proyectos. Matteo, estudiante de doctorado de 29 años en la Universidad de Módena y Reggio Emilia, participa actualmente en dos proyectos de la UE, entre ellos ETEKINA. "Estoy en contacto directo con el fabricante de baldosas de cerámica Atlas Concorde, uno de los tres usuarios finales donde se instalará y probará la HPHE", dice. Sus funciones incluyen la validación de la unidad HPHE que se instalará en la fábrica que la empresa tiene en la ciudad italiana de Fiorano Modenese.

En el Reino Unido, las conclusiones a las que lleguen estos tres investigadores y sus equipos permitirán a Lujean, de 31 años, diseñar la mejor estrategia para poner la HPHE de ETEKINA en el mercado. Es la directora de desarrollo empresarial del Grupo de Investigación de Tubos de Calor y Gestión Térmica de la Universidad de Brunel de Londres. "Analizamos el mercado identificando las tendencias y destacando el valor y la ventaja competitiva que puede aportar la HPHE de ETEKINA. También desarrollamos la propuesta de valor, el ciclo de vida del cliente y los modelos de negocio", explica. Lujean participa en seis proyectos de Horizonte 2020 relacionados con las tecnologías de tubos de calor, en los que aporta un enfoque empresarial y participa en la difusión de los resultados.

Estos investigadores reconocen las ventajas económicas que su proyecto puede aportar a las industrias que hacen un uso intensivo de la energía, pero son los beneficios ecológicos los que destacan con entusiasmo. "Las HPHE de ETEKINA pretenden reducir el coste de la energía gracias a un menor consumo, ya que las empresas reutilizarán la energía calorífica residual recuperada. Ayudará a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, lo que permitirá a las empresas cumplir las directivas de eficiencia energética", explica Lujean, "lo que supondrá una gran ayuda para unas 450.000 empresas de los 27 Estados miembros de la UE".En los países con sistemas de distrito térmico, como Eslovenia, estos beneficios pueden extenderse a la comunidad, como añade su colega Matevz Pusnik: "En nuestro caso de estudio, estamos integrando en la unidad tecnología para producir calor que puede transferirse a la red local de calefacción de distrito. Este es un tema candente en Europa en estos momentos".

Lujean afirma que los comentarios de los socios y expertos han sido muy positivos, sobre todo al comparar la HPHE con los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, la tecnología estándar del sector. Hay muchos elementos diferentes a los que los intercambiadores de carcasa y tubos no pueden hacer frente, pero esta HPHE sí, como la recuperación de calor residual incluso con aspectos difíciles en los flujos de calor, como la gestión del ensuciamiento, las altas temperaturas de funcionamiento y la capacidad de múltiples sumideros, por nombrar algunos". Veo que Matteo está de acuerdo conmigo en esto... Además, nuestra herramienta de análisis de replicabilidad que se ha desarrollado es fantástica porque el cliente puede venir a los centros de investigación, añadir datos como las temperaturas y los caudales, por ejemplo, y la herramienta proporcionará una comparación: 'Esto es lo que obtendrá con un HPHE y esto es lo que obtendrá con un intercambiador de calor de carcasa y tubos'. Y también hará una comparación aproximada de los aspectos económicos", explica.

"Las HPHE permiten recuperar el calor residual de flujos muy difíciles", añade Matteo. "Por ejemplo, en Italia, recuperamos el calor de los gases de escape que contienen partículas... Como dice Lujean, un intercambiador de calor tradicional puede tener problemas como el ensuciamiento o los condensados ácidos. Pero la tecnología HPHE lo evita porque la temperatura dentro del sistema es uniforme, por lo que no hay puntos fríos en los que los gases de escape puedan condensarse. La HPHE se ocupa de la recuperación de calor de flujos muy difíciles, mientras que el calor no suele recuperarse de los gases de escape industriales debido a la dureza del entorno".

Un reto inesperado

En estos tres años, el equipo ha superado retos como convencer a los socios industriales para que participen en el proyecto. "No fue fácil", reconoce Nerea Nieto, "su negocio es producir, ese es su principal objetivo. Así que, aunque la eficiencia energética sea un tema candente, no es su prioridad y participar en los proyectos de la UE va más allá de la parte técnica: hay que preparar informes económicos y hay muchas otras tareas."

"Me gustaría añadir que las industrias que hacen un uso intensivo de la energía tienden a ser bastante tradicionales cuando se trata de nuevas tecnologías", dice Matevz Pusnik. "Prefieren aplicar cosas que llevan funcionando un par de años o incluso décadas y, como mencionó Nerea, está la parte administrativa, necesitan tener apoyo en eso".

"Pero creo que el mayor reto es bastante obvio", dice refiriéndose a la pandemia de Covid-19, "es un momento realmente desafortunado para visitar lugares y, como dijo Nerea, el tiempo es crucial para las industrias. Para nuestros socios, cada parada puede traducirse en dinero. Hace falta mucha coordinación... pero vamos por buen camino".

Matteo está de acuerdo: "Ha habido algunos retrasos debido a la pandemia, pero hemos podido instalar dos de las tres unidades en las instalaciones de nuestros socios industriales (España y Eslovenia). Creo que es un gran logro".

Las unidades HPHE han sido diseñadas por el profesor Hussam Jouhara, de la Universidad de Brunel de Londres, y su equipo tiene que estar presente durante las puestas en marcha en caliente, lo que ha resultado complicado debido a las restricciones de los viajes internacionales para evitar la propagación del Covid-19. "Viajar para instalar y poner en marcha estas unidades es un punto crucial en nuestro proyecto para garantizar que se siguen los procedimientos correctos", explica Lujean. "A pesar de los desafíos, viajamos dos veces en diciembre de 2020 y nos esforzamos al máximo para asegurarnos de estar presentes en España cuando experimentaron algunos problemas técnicos. Hubo mucha cuarentena para el personal de Brunel, digámoslo así".

De momento, algunas empresas europeas, como estos tres casos de estudio, están teniendo su primer contacto con las tecnologías de recuperación del exceso de calor, pero muchas otras están aún por conocer los beneficios económicos y medioambientales que pueden aportar. Sin embargo, los cuatro investigadores están convencidos de que se trata de una tendencia de mercado que ha llegado para quedarse.

"Yo diría que todas las empresas que hacen un uso intensivo de la energía tendrán que utilizar su calor residual de alguna manera. Esto es un hecho, ya que los precios de la energía y del cupón de CO2 están subiendo", dice Matevz. "Muchos países europeos ya han incluido el aprovechamiento del calor residual en sus planes nacionales de energía y clima. Así que se va a hacer, sólo depende de los detalles de la tecnología. La HPHE aborda un determinado nicho y creo que las tecnologías de utilización del calor residual recibirán un importante impulso en los próximos 10 años... Así que el futuro de la utilización del calor residual es brillante".

Nerea, Matevz, Lujean y Matteo aún tienen siete meses para probar y optimizar las unidades HPHE de ETEKINA diseñadas para las industrias del acero, el aluminio y la cerámica, y están entusiasmados por ver los resultados de un proyecto que iniciaron ya en 2017. "La motivación de los jóvenes investigadores suele ser muy alta. Cuando estás al principio de tu carrera, quieres asumir este tipo de retos, probar cosas nuevas y aprender mucho", dice Nerea.

"Creo que es porque formas parte de un proyecto de investigación tan innovador que, con suerte, saldrá al mercado", coincide Lujean. "Te motiva conseguirlo y llegar más lejos".

Para Matevz, proyectos como ETEKINA ofrecen a los jóvenes científicos una rara oportunidad de trabajar en entornos industriales que no podrían conseguir de otra manera: "Puedes ir a sus instalaciones, ver las máquinas y todo lo demás. Te deja huella y aprendes mucho de la gente que trabaja allí: se enfrentan a problemas completamente diferentes a los que tú pensabas. Es importante que los jóvenes investigadores conozcan el entorno industrial real".

Autor: Stefania Gozzer