arrow-rightback-btn clock close document down flex-next flex-prev fullscreen icon-facebook icon-twitter linkedin location membership person search slide-next slide-prev video

Eficiencia y recuperación de energía así como fuentes renovables

Buenas noticias para las empresas que enfrentan el problema de perder energía pagada a alto precio. Ya que existen soluciones progresivas al alcance de la mano: metodologías probadas para saber dónde se producen los escapes, herramientas para recuperar las energías residuales, así como mecanismos para canalizar el poder del sol, obtener energía de los desechos, sacar calor del frío. La inversión es un buen negocio y puede aplicarse en packings, agroindustrias y procesos de vinificación.

El proyecto Smart Energy Concepts Chile, de la Cámara Chileno-Alemana de Comercio e Industria, CAMCHAL, busca implementar medidas de eficiencia energética en la industria agroalimentaria, y en segunda instancia también energías renovables. Se trata de temas estratégicos para CAMCHAL, de acuerdo a lo que señala Annika Schüttler, jefa del proyecto, pues por un lado Alemania es líder en eficiencia energética y energías renovables, en tanto el sector agroalimentario chileno enfrenta un escenario general de alto precio de la energía, mayor que el que alcanza en otros países del área.

Smarteneregy_006

Christoph Brunner, integrante del proyecto GREENFOODS.

En ese marco, invitaron a , a dictar una charla en el simposio internacional “Oportunidades de eficiencia energética en el sector agro-alimentario: experiencias internacionales y desafíos para Chile”. GREENFOODS es una iniciativa europea para la producción de alimentos y bebidas sin emisiones de CO2. La idea, según indica Schüttler, es aprovechar dicha experiencia para aproximarnos a una optimización energética, conociendo cuáles son las mejores prácticas donde se obtiene mayor retorno en los diferentes rubros del sector agroalimentario.

Christoph Brunner señala que los resultados finales de GREENFOODS, los cuales serían publicados a fines de 2015, demuestran la posibilidad de llegar a producir sin emisiones de CO2 en algunos subsectores.

–Aparte de las consideraciones ambientales, ¿cuál es el balance económico de alcanzar ese nivel?

–El precio de la energía hoy es bajo –responde Brunner–, actualmente, pero las compañías al desarrollar el uso de energías renovables en un 100%, pueden jugar esa carta si los precios suben nuevamente. Todavía no se trata de algo que muchas empresas estén haciendo a nivel europeo, pero se concretaron ejemplos importantes de varios que sí se embarcaron en este camino.

–¿Cómo transferir esa experiencia a Chile?

–Se necesita recorrer los mismos pasos: crear conciencia, educar y finalmente construir casos donde se vean las tecnologías aplicadas.

 

UNA SECUENCIA LÓGICA: DIAGNÓSTICO-OPTIMIZACIÓN-ENERGÍA RENOVABLE

La secuencia para llegar a un óptimo energético, de acuerdo al experto, sigue la lógica de avanzar primero sobre lo que ya se tiene para después ir incorporando modificaciones mayores. En síntesis, podrían distinguirse tres etapas:

-Tener una imagen clara del estado en que se encuentra la empresa, lo cual implica mediciones y cálculos para saber cuánta energía se necesita en los distintos departamentos y procesos.

-Luego se procede a optimizar el sistema, a través de dos vías. Una, desde el punto de vista de la tecnología utilizada en el abastecimiento energético y en los procesos; la otra corresponde a la recuperación de energía no aprovechada y al uso de sistemas de almacenamiento energético para su uso posterior.

-Recién en tercer lugar se analiza la factibilidad de incorporar el uso de energías renovables.

–¿Este avance paulatino es por consideraciones de costos o por una necesidad de adaptación?

–Principalmente tiene que ver con el factor costos –advierte Brunner–. Hay ejemplos de industrias que lo hacen de una vez, pero por lo general se desarrolla progresivamente.

–En eficiencia energética –especifica Annika Schüttler–, los retornos a la inversión no son tan largos. Las primeras medidas, como señala Christoph, son de optimización, tales como aislación, intercambiadores de calor, variadores de frecuencia, que no resultan caras. En el caso de las energías renovables hablamos de plazos más largos de recuperación, que también son atractivos para la industria si tienes una visión a mediano plazo.

AUDITORÍA ENERGÉTICA: CUALQUIER EVALUACIÓN NO DA LO MISMO

Uno de los desafíos que asumió con éxito GREENFOODS fue el desarrollo de una metodología que permitió estandarizar las auditorías energéticas en la Unión Europea.

–Eso es algo que igualmente necesitamos en Chile –estima Annika Schüttler–, porque mientras alguien puede ofrecerte una auditoría general otro te puede proponer una auditoría detallada, este puede decir que hay que cambiar la iluminación, aquel poner su mirada en los procesos, o en el consumo para obtener agua caliente, o desarrollar modelos matemáticos para determinar la cantidad de calor que vas a recuperar, etc. O sea, una gran diferencia en la profundidad del análisis. Como además quien solicita la auditoría suele tener un desconocimiento del área, no está en condiciones de juzgar la calidad de las opciones que le plantean. El costo será muy distinto y existe la tentación de seleccionar el presupuesto más barato, sin considerar que los retornos a la inversión pueden también ser muy diferentes. Eso es perjudicial para el mercado de la eficiencia energética y las energías renovables, porque una evaluación técnico-económica de las medidas a implementar precisa de buena información que garantice la optimización, determine el tiempo de retorno y dé una mirada estratégica para priorizar medidas. El hecho de tener un estándar permite comparar y da más seguridad sobre la calidad.

La jefa del proyecto Smart Energy señala que ya están recopilando y sistematizando información, por cada rubro, de auditorías que se han hecho, por ejemplo, al alero de la Asociación Chilena de Eficiencia Energética (AChEE), con el apoyo de instituciones como Corfo y Sercotec, a fin de avanzar en el proceso de estandarización.

TÉCNICAS PARA EVITAR EL DESPILFARRO

Un factor muy incidente en el costo de la energía es la pérdida de la misma. Christoph Brunner menciona algunas fórmulas que evitan este problema:

–Para la recuperación de calor residual de un proceso instalas intercambiadores de calor y sistemas de almacenamiento mediante los cuales recuperas la energía perdida y las usas nuevamente en tus procesos. Para electricidad recurres a motores, bombas y compresores más eficientes. Por ejemplo, muy a menudo los sistemas de enfriamiento producen calor residual. Este se puede captar mediante un intercambiador de calor con el fin de precalentar el agua para lavado, que no necesita una temperatura tan alta, y así reducir el consumo energético.

En cuanto a las formas de conservar la energía, el experto afirma que la tecnología más probada y disponible es la de almacenamiento de agua caliente. No obstante, “si tienes que almacenar tu energía por semanas, entonces no es muy eficiente”.

Biogas

Digestor en la región de Biobío.

Existen metodologías matemáticas y programas de computación para llegar a un sistema optimizado, como es, por ejemplo, el análisis “Pinch”, desarrollado para refinerías con el fin de enfrentar una gran crisis del precio del petróleo en los años 70.

–Lo que hicimos fue adaptarlo a la industria de los alimentos y bebestibles, porque en ella no tenemos tanto esos procesos continuos, sino muchos procesos con puntos de terminación. En términos generales, permite estimar la máxima recuperación de calor en una compañía. Sirve para hacer el diagnóstico y da una idea sobre qué temperatura necesitas inyectar calefacción externa o a qué temperatura necesitas inyectar frío externo al sistema.

ELECCIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE: TODO DEPENDE DEL OBJETIVO

–Sobre la base del sistema ya optimizado evalúas qué clase de energía renovable se ajusta de mejor manera a tu producción –continúa Brunner–. En términos generales en la agroindustria se dispone de cuatro tipos: biomasa, como la madera o chips; biogás (en la industria de los alimentos especialmente a partir de los residuos); energía solar, y bombas de calor. Para llegar al objetivo de 100% de energía renovable es importante incorporar sistemas de gestión de la energía que permiten delinear la ruta y monitorear al avance hacia el cumplimiento del objetivo.

El representante de GREENFOODS resalta que, considerando el alto nivel de pérdida de calor residual a bajas temperaturas, característica de muchos procesos de la industria alimentaria, la implementación de bombas de calor tiene un gran potencial. Corresponden a máquinas capaces de transferir energía térmica desde una fuente “fría” a un destino de mayor temperatura, y reciben su nombre por analogía con las bombas de agua, que la levantan de un nivel inferior a uno más alto.

–Se trata de una tecnología en que usas la energía a un bajo nivel de temperatura, por ejemplo de 30 grados o 50 grados. Con un input de electricidad pasas de 30 a 50ºC o de 50 a 80ºC. También se puede llegar a temperaturas superiores, hasta 120ºC. En un nivel de temperatura alto, tú pones 1 Kw de electricidad y obtienes 3 o 4 Kw de energía térmica. Y la base resulta gratuita, porque es calor residual. La conveniencia de las bombas de calor depende de la diferencia entre la temperatura original y la final; si es muy grande, la eficiencia disminuye.

–¿Qué oportunidades existen para hacer estos cambios en el sector hortofrutícola?

–Hay muchos residuos orgánicos en sus procesos. Si están en forma seca, podrías quemarlos directamente, o producir biogás. Por otra parte, suele haber bastante agua residual, por ejemplo de lavado, conteniendo materia orgánica. De esa agua residual puedes también generar biogás. Con eso produces calor o generas electricidad, si hay necesidad de ella, como en el packaging. Esto se puede hacer, por ejemplo, con una planta de cogeneración de calor y electricidad a partir de biogás.

Un aspecto importante a tener en cuenta es la adaptación del tipo de energía a los distintos niveles de temperatura requeridos.

–Un bajo nivel de temperatura se puede proveer con energía solar térmica; ante temperaturas un poco más altas, pensar en bombas de calor que usan energía residual de otros procesos; y para altas temperaturas, considerar biomasa o biogás. En la industria del futuro no habrá una sola tecnología de abastecimiento de energía, sino un sistema híbrido que combina las diversas aristas.

ADELANTOS QUE VEREMOS EN LOS PRÓXIMOS AÑOS

Otro aspecto que surge de la conversación con Brunner es el uso frecuente en Europa de sistemas de calefacción distribuida, en que una fuente de energía es compartida por dos o más empresas, instituciones e incluso viviendas.

–¿Hay sistemas de ahorro de energía en la etapa de transporte?

–GREENFOODS no analizó el área del transporte. Por supuesto se trata de un gran tema, para incluir todo el ciclo de un producto. Hay aproximaciones, como el uso de motores eléctricos más eficientes para los barcos, pero no todavía en gran escala.

–¿Qué desarrollos tecnológicos se verán en el área de la eficiencia energética en los próximos años?

–De seguro lo relacionado con la eficiencia de las calderas [boilers]. Eso incluye economizadores mediante la recuperación de calor del gas de la combustión, mejor aislación, el cambio desde sistemas basados en vapor a sistemas de agua caliente, los métodos de control y mantención para evitar fugas o derrames. Creo que se verán importantes avances en la recuperación de calor desde compresores y sistemas de refrigeración. Los intercambiadores de calor serán más eficientes, más compactos.

–Se está haciendo mucho desarrollo –agrega– con las tecnologías de almacenamiento, como materiales de intercambio de fase o materiales de absorción, pero todavía están en etapa de investigación. El paso de un material de estado gaseoso a líquido, por ejemplo, libera mucha energía. La idea es preservar materiales en una fase en la que no pierde energía y luego llevarlo a otro estado para aprovechar la energía liberada. Asimismo se avanza en tecnologías capaces de absorber energía, guardarla y entregarla en el momento en que se requiere. Hay mucha investigación en este campo, porque multiplicas por tres o por cuatro la densidad de la energía, y así puedes almacenarla en gran cantidad en pequeños volúmenes.

Smarteneregy_008

Annika Schüttler, jefa del proyecto Smart Energy Concepts Chile

–¿Hay progresos en sistemas de almacenamiento de energía eléctrica?

–No soy realmente el experto en eso, pero hay algunos desarrollos. En este momento las baterías tienen un ciclo de vida demasiado corto.

Smart Energy lleva a cabo seminarios y talleres, y ahora con el apoyo de Christoph Brunner se están planificando módulos de capacitación para ir creando en los próximos años una cultura energética en la industria. El objetivo no es convertir a todos en ingenieros especialistas, pero sí que los encargados sepan cómo actuar y entender qué es lo que se necesita. Paralelamente Camchal ofrece el programa European Energy Managers, Eurem, que forma a gestores energéticos.

–Estamos haciendo misiones tecnológicas –añade Annika Schüttler– para establecer conexiones entre asociaciones y proveedores. Hicimos hace poco una con ChileNut, por ejemplo, en que los invitamos a ver alternativas de secado solar, automatización de procesos y gestión de energía. También esperamos abrir un concurso de ingeniería de detalle, vamos a ver si en 2016 o 2017, para levantar proyectos con una buena evaluación técnico-económica que permitan respaldar la búsqueda de financiamiento.

LA HERRAMIENTA GREENFOODS BRAND CONCEPT

Para optimizar el consumo energético e integrar energías renovables, el proyecto GREENFOODS creó un instrumento de cálculo disponible a través de la web (www.green-foods.eu) en el cual se incorporan los siguientes elementos:

▪ Cálculo del consumo de energía primaria y las emisiones de CO2.
▪ Integración de calor.
▪ Eficiencia de calor y suministro de agua fría.
▪ Uso de fuentes de energía renovables (biomasa, biogás) y de producción combinada de calor y energía.
▪ Bombas de calor industrial.
▪ Energía solar térmica.
▪ Máquinas de refrigeración por absorción.
▪ Uso racional de los recursos energéticos.
▪ Cálculo de la rentabilidad.
▪ Evaluación de las tecnologías de proceso adecuados.

La herramienta recoge un análisis exhaustivo de todos los procesos relevantes de cinco sectores principales de la industria alimentaria: cárnico, lácteo, cerveza, panadería, frutas y vegetales.

Tras definir el balance de energía de la instalación, el usuario puede evaluar diferentes alternativas de optimización (recuperación de calor vía análisis Pinch) y la integración de energías renovables (solar térmica, fotovoltaica, bombas de calor, biogás, cogeneración, máquinas de frío por absorción). Todas las opciones son evaluadas técnica, económica y ambientalmente y pueden ser comparadas entre ellas.

UN VISTAZO AL CONSUMO DE ENERGÍA EN EL SECTOR VITIVINÍCOLA

Buena parte de la electricidad usada en la producción de vino se dirige a refrigeración para fermentación, estabilización de frío y temperatura de almacenamiento. El resto se utiliza en compresores de aire (factor muy variable entre una viña y otra), agua caliente o electricidad para bombeo y la línea de embotellamiento. Las áreas cerradas para procesos y almacenamiento también requieren de iluminación y muchas son refrigeradas. El agua caliente se emplea para la limpieza de cubas y equipo para temperar los estanques de fermentación de vino tinto y estanques de activación de levadura. Otros requerimientos de energía provienen de las instalaciones anexas, así como otras aplicaciones misceláneas de administración o mantenimiento (Universidad de California, 2005).

 

Christoph Brunner, M.Sc. en ingeniería química de procesos, desde 2010 es el director del Departamento de Procesos Industriales y Sistemas de Energía en AEE INTEC, Austria. Ha coordinado varios proyectos de su país e internacionales en relación a energía y eficiencia energética en el sector agroalimentario, como SolarFoods, GREENFOODS (IEE), Solar Brew (FP 7), EINSTEIN (IEE proyecto para auditorías energéticas y capacitación) entre otros. Es experto en eficiencia energética a nivel industrial e intensificación de procesos con foco en la industria de los alimentos y bebidas, incluyendo el análisis Pinch*, y participa en el trabajo de la Unión Europea para estandarizar las auditorías energéticas (CEN).

*El análisis pinch (en inglés Pinch Analysis, o literalmente, análisis de “pellizco”), también llamado método pinch de diseño de procesos o tecnología pinch, es una metodología para optimizar la recuperación energética en un proceso químico industrial, minimizando la inversión de capital.