Pareceres

ELISEO MONFORT, ANA MEZQUITA Y SALVADOR FERRER:

“A NIVEL TÉCNICO, EL USO DE HIDRÓGENO EN UNA INSTALACIÓN INDUSTRIAL REQUIERE IMPLEMENTAR REQUISITOS DE SEGURIDAD ADICIONALES”

Martín Plaza

El Instituto de Tecnología Cerámica ha completado recientemente en su sede de la provincia de Castellón la combustión con hidrógeno en un horno cerámico. Los tres máximos responsables de este avance, Eliseo Monfort, Ana Mezquita y Salvador Ferrer, profundizan para Técnica Cerámica World en esta entrevista sobre cómo se ha fraguado este proyecto y cuáles son los siguientes pasos de su investigación.

Ana Mezquita (doctora e investigadora del Área de Sostenibilidad del Instituto de Tecnología Cerámica), Eliseo Monfort (catedrático de la Universidad Jaume I y coordinador del Grupo de Ingeniería Ambiental y Energética aplicada a procesos industriales-Grupo GAIA de Investigación) y Salvador Ferrer (doctor e investigador del Área de Sostenibilidad del Instituto de Tecnología Cerámica). A comienzos de mayo en el Instituto de Tecnología Cerámica (ITC-AICE) han conseguido por primera vez en sus instalaciones la combustión mediante hidrógeno en un horno cerámico. ¿Cómo se ha gestado este hito y durante cuánto tiempo se ha trabajado en ello?

Este estudio se enmarca en el proyecto Estudio experimental a escala laboratorio piloto de la cocción de materiales cerámicos utilizando hidrógeno como combustible (Hidroker) y está centrado en el uso de hidrógeno como fuente directa de energía térmica por combustión en los procesos de secado y cocción. Este hito se ha logrado tras un año de trabajo en el diseño y desarrollo de un sistema de mezcla de gases combustibles, que ha sido integrado en una cámara de combustión para poder trabajar con mezclas controladas de gas natural e hidrógeno.

¿Cuántas personas intervienen en esta investigación y con qué perfiles técnicos?

En esta investigación participan el grupo GAIA de la Universitat Jaume I de Castellón y varias áreas del ITC-AICE, que son, principalmente, las áreas de Sostenibilidad, Materiales y Tecnologías Cerámicas, Análisis y Ensayos, y Procesos Industriales. Los investigadores que participan son ingenieros químicos y licenciados en Química, además de doctores varios de los y las participantes.

A grandes rasgos, ¿a qué problemas y particularidades de esta fuente de energía han tenido que hacer frente? ¿Cuál es la mayor dificultad técnica que deben superar?

A nivel técnico, el empleo de hidrógeno en una instalación industrial requiere implementar unos requisitos de seguridad adicionales, ya que el hidrógeno es un gas combustible muy volátil. Pero se trata de un gas que ya se está utilizando

EL PROCESO DE OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO REQUIERE GRANDES CANTIDADES DE AGUA Y ENERGÍA, POR LO QUE SE TRATA DE UN COMBUSTIBLE CON UN COSTE ELEVADO.

desde hace años en otros sectores industriales, de modo que, con los sensores de detección adecuados, sistemas de ventilación apropiados, y en general, con el cumplimiento de la normativa vigente, se puede utilizar.

Los materiales de la instalación de suministro de hidrógeno deben ser los adecuados para el manejo de este gas, pues se trata de una molécula tan pequeña que puede degradar estructuras metálicas. Además, su combustión genera una llama de mayor temperatura que la del gas natural, de modo que los materiales de los quemadores también deben adaptarse a este nuevo combustible.

Y una vez en uso, en un horno industrial, hay que estudiar el efecto del empleo de hidrógeno en los materiales refractarios del horno, y en las piezas cerámicas fabricadas, pues tanto la composición de los gases de combustión como la distribución del calor en el interior del horno se ven alteradas al modificar el combustible.

Por último, pero no menos importante, está el suministro de hidrógeno. Se trata de un gas que no está libre en la naturaleza, y por tanto se debe obtener a partir de compuestos de los que forma parte, y ese proceso de obtención de hidrógeno requiere grandes cantidades de agua y energía, por lo que se trata de un combustible con un coste elevado.

A nivel de laboratorio y planta piloto, para el proyecto, dado que se manejan pequeñas cantidades, se compra a empresas suministradoras de gases industriales, pero para realizar un escalado industrial la obtención y suministro de hidrógeno es fundamental, pues debe haber seguridad de suministro y/o generación, a un precio asumible por las empresas.

¿Cuáles son los próximos pasos del proyecto?

Una vez alcanzado el importante hito que ha supuesto la instalación y puesta en marcha de la instalación, los próximos pasos del proyecto se orientan a realizar un análisis experimental de la influencia de las variables de combustión al utilizar hidrógeno o mezclas con gas natural sobre las características de la llama, la distribución del calor y las emisiones generadas.

Además, se va a continuar estudiando la influencia de la atmósfera del horno en los materiales cerámicos, y se va a abordar una tarea de simulación del comportamiento térmico de un horno industrial que emplee hidrógeno como combustible, en distintas proporciones.

Finalmente, se ha considerado de gran interés incorporar al proyecto el análisis del impacto medioambiental del empleo de hidrógeno en la industria cerámica, desde el punto de vista del ciclo de vida, considerando diferentes posibilidades tecnológicas de generación de hidrógeno.

Hablando en términos de hipótesis, y siempre y cuando el proyecto avance tal y como está previsto, ¿cuándo podría ser una realidad el empleo del hidrógeno en el clúster?

El proyecto es un estudio a nivel de laboratorio y planta piloto, para estudiar las implicaciones técnicas que tendría su utilización en el sector. El empleo a gran escala en el sector no depende únicamente de estos aspectos técnicos, sino que depende de muchos otros factores, destacando entre ellos la propia disponibilidad de hidrógeno, pues su generación y distribución es compleja y muy costosa. Y este aspecto no depende del sector, depende del despliegue de toda la cadena de valor del hidrógeno, que apenas está arrancando.

Además, no hay que olvidar, por supuesto, el coste que tendría este nuevo combustible: disponibilidad y coste son factores muy limitantes en el futuro empleo de hidrógeno en el entorno industrial cerámico. En Italia llegan noticias de las primeras fábricas cerámicas que funcionan con hidrógeno. ¿Es posible que ya estén en funcionamiento o son avances parciales?

La verdad es que no conocemos de primera mano qué se está implementando en Italia, pero las noticias que nos llegan indican que parece que se trata de instalaciones pequeñas de prueba para empezar a conocer esta nueva tecnología.

En cuanto a su hito, ¿cómo ha sido la reacción que les han trasladado los profesionales de la industria de la provincia de Castellón?

En general, los técnicos del sector nos han felicitado por haber alcanzado este hito en el proyecto, y nos animan a seguir trabajando en esta línea. Aunque, eso sí, todos son conscientes de la dificultad de generar grandes cantidades de hidrógeno a un precio competitivo.

La energía se ha convertido en estos momentos en la principal preocupación y ocupación para la cerámica. ¿Será el hidrógeno la fuente que acabe sustituyendo al gas natural?

El hidrógeno es una de las posibles fuentes de calor que pueden incorporarse al proceso cerámico, pero no es la única. Existen diversas tecnologías que pueden contribuir a ir desplazando el consumo de gas natural y contribuir a la reducción de emisiones en el sector. Entre ellas cabe citar, por ejemplo, el empleo de otros gases renovables como el biometano o el gas de síntesis, la posibilidad de emplear hornos y secaderos eléctricos, o la instalación de tecnologías de captura de CO2.

Finalmente, ¿en qué otros proyectos vinculados con la energía están trabajando ya en el seno de ITC-AICE?

Recientemente ha finalizado el proyecto Hipocarbonic, financiado por IVACE a través de la línea nominativa para Institutos Tecnológicos, en el que se ha elaborado una guía de tecnologías hipocarbónicas para la industria de baldosas cerámicas. En este trabajo se han analizado diferentes tecnologías que pueden contribuir a la transición energética del sector, reduciendo el consumo de gas natural y, por tanto, las emisiones de CO2. Entre las opciones analizadas destacan el uso de combustibles alternativos, como el hidrógeno, biomasa, biogás y biometano, la captura de CO2, las tecnologías eléctricas para los procesos de secado y cocción, y la integración de energías renovables en el mismo proceso.

Por otra parte, se está trabajando en el proyecto Energètic, cofinanciado por el IVACE y la Unión Europea a través del Programa Operativo FEDER, en el que se están estudiando las posibilidades de descarbonización desde un punto de vista más experimental. En el marco de este proyecto, entre otras actividades, cabe destacar que está trabajando en el diseño y construcción de prototipo de horno eléctrico para la cocción de baldosas cerámicas.

Además, se ha realizado un proyecto centrado en la reducción de emisiones a partir de cambios en los materiales cerámicos y en los esmaltes, así como en algunos procesos, cambios que implican modificación de las materias primas para reducir el consumo de energía durante las etapas de atomización, secado y cocción y, por tanto, también contribuyen a la reducción de las emisiones de CO2 en el proceso. También es objeto de este proyecto la búsqueda de alternativas a los materiales cerámicos tradicionales como son los productos sin cocción (activación alcalina y silicocalcáreos). Se trata del proyecto: CerOh! Strategies, financiado por IVACE.

Para más información sobre los proyectos mencionados, se puede visitar el apartado de I+D+i de la página web del ITC (https://www.itc.uji.es/), en la que se muestra información relativa a cada proyecto realizado.