La bomba de calor es vital para descarbonizar la industria

Proyecto BEROA+

Las bombas de calor para la descarbonización de la industria son máquinas térmicas que pueden electrificar el suministro de calor, lo que las convierte en la alternativa más eficiente y sostenible al uso tradicional de combustibles fósiles en los procesos industriales. Particularmente, la implementación de bombas de calor en procesos industriales representa una pieza clave para lograr este cambio.

Aunque esta tecnología es madura en aplicaciones de baja temperatura, todavía se necesita avanzar en su desarrollo tecnológico para que, en un futuro cercano, pueda satisfacer aplicaciones en el rango de 100-200 °C, lo que es fundamental para la optimización de bombas de calor en procesos industriales.

El potencial de la bomba de calor para uso industrial es amplio: en Europa, el 66 % de la energía consumida en la industria se destina al calentamiento de procesos, y el 37 % corresponde a temperaturas de trabajo por debajo de 200 °C, mostrando la relevancia de las bombas de calor en procesos industriales para estos rangos de temperatura.

Entre los sectores en los que predominan procesos con este nivel térmico se encuentran la Alimentación, la Pasta y Papel y el sector Químico.

Esta tecnología también permite la recuperación de calor residual de procesos que, de otra forma, se perdería: en la actualidad, el 17 % del consumo energético de la industria en Europa se desaprovecha como calor residual. La aplicación de las bombas de calor en procesos industriales es esencial para la revalorización de esa energía residual.

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La revalorización de esa energía residual mediante bombas de calor, es decir, el aumento de su temperatura, permite reutilizarla en el mismo o en otros procesos, mejorando así la eficiencia energética de la planta y contribuyendo a reducir los costes de producción. Sin embargo, la tecnología disponible actualmente limita la temperatura máxima de trabajo que se puede alcanzar.

Una iniciativa en colaboración

El proyecto BEROA+ es un proyecto de investigación industrial en colaboración que tiene como objetivo desarrollar una solución integral de bomba de calor de alta temperatura para la recuperación y revalorización del calor residual de bombas de calor en procesos industriales.

Sus objetivos son ambiciosos, incluyendo profundizar en el diseño y optimización de tecnologías de bomba de calor por compresión de alta y muy alta temperatura (HTHP, VHTHP), así como de transformadores de calor por absorción (AHT); analizar su funcionamiento en conjunto con sistemas de generación de vapor que faciliten la integración de estas tecnologías en los procesos productivos; investigar en tecnologías de almacenamiento térmico (PCM y TCM) que permitan el aprovechamiento de la energía recuperada en procesos discontinuos; y definir sistemas de control inteligente, basados en Inteligencia Artificial (IA), que permitan optimizar la eficiencia y robustez del conjunto.

El proyecto BEROA+ aborda importantes retos tecnológicos relacionados con el uso de refrigerantes de bajo Poder de Calentamiento Atmosférico (PCA), más respetuosos con el medio ambiente; la compatibilidad de la lubricación con el refrigerante y las temperaturas de trabajo; los fenómenos de corrosión o cristalización producidos en los AHT ante cambios no controlados de operación; el desarrollo de algoritmia de control basada en técnicas machine learning e IA, etc.

Estas son barreras que se deben superar para poder explotar plenamente el potencial de la tecnología de bombas de calor en procesos industriales.

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En última instancia, las innovaciones tecnológicas abordadas en el proyecto se demostrarán y validarán en un entorno de laboratorio, emulando procesos y demandas industriales reales.

Coordinado por la ingeniería TAMOIN

El proyecto está coordinado por la ingeniería TAMOIN, que también es responsable de la investigación en transformadores de calor por absorción (AHT) y realizará el análisis tecno-económico y de modelos de negocio para las tecnologías desarrolladas en el ámbito de las bombas de calor en procesos industriales.

El consorcio cuenta también con cuatro fabricantes de tecnología: FRIGOLAN, empresa especializada en refrigeración industrial, aborda la investigación en tecnología de bomba de calor de alta temperatura (HTHP); SEDICAL, especialista en tecnología para la optimización del rendimiento energético, investiga en bombas de calor de muy alta temperatura (VHTHP); ARROSPE, calderería dedicada a la fabricación y montaje de aparatos y conducciones de fluidos, se encargará de la fabricación de la tecnología AHT; por su parte, ARATT, empresa centrada en el diseño y fabricación de intercambiadores de calor y refrigerantes, desarrolla un sistema de generación de vapor incorporable a la bomba de calor industrial.

En relación con la digitalización de las soluciones desarrolladas, en el proyecto participan la empresa MIESA, especialista en el ámbito de la ingeniería y la automatización industrial, que contribuye al sistema de control de los equipos y el sistema en base a técnicas de autoaprendizaje IA, y GENELEK, empresa dedicada al desarrollo e implantación de sistemas de control y monitorización de procesos industriales, aportando el control de AHT.

Por último, el proyecto BEROA+ involucra a tres usuarios finales de referencia en los sectores de fabricación de papel y alimentación, cuya participación es clave para caracterizar los requerimientos de la futura implementación de estas tecnologías: PAPRESA, productora de papel de periódico y embalaje; NATRA, empresa fabricante de productos derivados del cacao y chocolate; y UNILEVER, empresa reconocida en el sector de gran consumo.

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El proyecto BEROA+ cuenta también con el apoyo de dos agentes científico-tecnológicos: Tecnalia, que da soporte a los desarrollos técnicos del proyecto y los validará en su Laboratorio de Equipos y Sistemas Térmicos; y Basque Center for Applied Mathematics (BCAM), como apoyo para el análisis y modelización de los sistemas de almacenamiento PCM.

El Cluster de Energía da soporte al consorcio realizando las labores de comunicación y difusión del proyecto.

Bantec, por su parte, ha prestado un apoyo fundamental en la formación de la alianza, así como en la gestión y coordinación de la propuesta.

El proyecto cuenta con un presupuesto global de 4 M€ y se espera finalice en 2025.

El conocimiento generado a través de esta importante inversión permitirá desarrollar palancas competitivas diferenciales a las empresas que han aunado fuerzas en él, de forma que, en el futuro, estas puedan ofertar productos y servicios altamente innovadores y con un elevado mercado potencial en el ámbito de las bombas de calor en procesos industriales.

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