Según un estudio de Dechema, en Europa se necesitaría casi un 50% más de electricidad que la disponible actualmente en Europa

El tiempo apremia y el presupuesto es limitado. Lo que se aplica a casi todos los ámbitos de la vida también se aplica en particular a las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. 196 naciones ya acordaron en París en 2015 limitar el calentamiento global por debajo de los 2 °C y, a ser posible, no superar siquiera los 1,5 °C. Los investigadores del clima han calculado lo que se necesita para lograrlo, no solo en términos porcentuales, sino también en cifras absolutas: en 2018, el presupuesto de emisiones del gas de efecto invernadero dióxido de carbono era todavía de 800 gigatoneladas. Según las estimaciones del Instituto de Potsdam para la Investigación del Impacto Climático, esta era la cantidad máxima de CO₂ que la comunidad mundial podía liberar a la atmósfera terrestre en ese momento sin poner en peligro el objetivo de +1,8 °C. Pero el tiempo corre: Dado que entre 2018 y 2022 también se utilizaron combustibles fósiles, el presupuesto se ha reducido una media de 36,4 Gt al año desde entonces, lo que significa que quedan 618 gigatoneladas a partir de 2023.

Por ello, los mayores emisores han fijado objetivos concretos: China, con una cuota del 32,9% de las emisiones mundiales anuales de CO₂ (2021), y Rusia (5,1%) quieren ser climáticamente neutras en 2060, Estados Unidos (12,6%) y Europa (7,3%) ya en 2050, India (7,0%) sólo en 2070 y las naciones químicas Japón (2,9%) y Corea del Sur (1,7%) en 2050. Pero un simple cálculo aproximado lo demuestra: Las emisiones deben disminuir mucho antes para cumplir el presupuesto. Si las emisiones de dióxido de carbono no disminuyen, el presupuesto de emisiones ya se habrá agotado en 2040.

La industria química tiene un papel importante que desempeñar aquí: por un lado, porque es responsable de alrededor del 5 % de las emisiones de CO₂ y, por otro, porque la industria química, con sus productos, tiene la clave de la mayoría de las tecnologías para una economía climáticamente neutra. Esto se debe a que las emisiones de gases de efecto invernadero de la industria química tienen dos causas: La producción de energía (aproximadamente el 60%) y las reacciones químicas (40 %).

Los objetivos climáticos que se han fijado las empresas químicas no sólo están motivados por el altruismo. Mientras tanto, los inversores ejercen una gran presión sobre ellas: cada vez son más los fondos financieros que sólo invierten en empresas que toman medidas para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero. Y el hecho de que las mayores empresas químicas hayan elegido su propio objetivo temporal de neutralidad climática en consonancia con los objetivos nacionales de sus sedes no es casualidad: Si se incumple el objetivo, existe la amenaza de multas y prohibiciones de explotación.

Hasta ahora, la mayor empresa química del mundo, con diferencia, sigue siendo imprecisa: Sinochem, que se fusionó con Chemchina en 2021. Además de la referencia general a la aplicación de medidas para mejorar la eficiencia energética, la empresa se remite al objetivo general del Gobierno chino en su informe de sostenibilidad para 2021. Éste persigue la neutralidad climática para 2060 y un máximo de emisiones anuales de CO₂ para 2030 a más tardar.

Algunas empresas químicas esperan que la rápida descarbonización también resulte rentable económicamente. Cada vez más clientes prestan atención a la huella de carbono de los productos a la hora de hacer sus compras. Y ya no sólo se contabilizan las emisiones procedentes de la combustión de combustibles fósiles (Alcance 1). Ahora también se tienen en cuenta las emisiones indirectas de gases de efecto invernadero procedentes de la energía adquirida (Alcance 2) o en la cadena de suministro anterior y posterior (Alcance 3). El fabricante de plásticos Covestro, por ejemplo, tiene previsto alcanzar la neutralidad climática con respecto a los alcances 1 y 2 ya en 2035 y, posteriormente, quiere cerrar completamente los ciclos de los productos para lograr la neutralidad climática también con respecto al alcance 3.

Como muy tarde, el ejemplo lo demuestra: La química debe reinventarse. Esto requiere nuevas formas de producir y utilizar la energía, nuevas formas de cooperación entre las empresas químicas, los proveedores de materias primas y los compradores de los productos y, por último, pero no por ello menos importante, nuevos procesos. Aunque la química mundial sintetiza miles de compuestos, el mayor potencial de reducción de emisiones puede reducirse a ocho productos: El 75% de las emisiones de gases de efecto invernadero proceden de la producción de amoníaco, eteno, propeno, ácido nítrico, negro de humo, caprolactama, ceniza de sosa y fluoroquímicos.

Un enfoque para la producción de eteno y propeno es el desarrollo de craqueadores de vapor calentados eléctricamente. Numerosas empresas químicas lo promueven actualmente. Esto se debe a que los hornos de craqueo, en los que se producen los materiales básicos para la fabricación de plásticos y productos químicos básicos a partir de nafta, etano, propano y butano, tienen un balance energético miserable: se producen casi 700 kilogramos de dióxido de carbono por tonelada de eteno producida. Se calcula que las emisiones totales de CO₂ de los craqueadores de vapor explotados en todo el mundo ascienden a 300 millones de toneladas anuales.

El 90  de esta cantidad corresponde al calentamiento del horno de craqueo, y esa es la buena noticia. Si los hornos pudieran calentarse con electricidad renovable, se daría un paso importante hacia una química climáticamente neutra. BASF, Sabic y Linde colaboran actualmente en un craqueador de vapor calentado eléctricamente. Paralelamente, Dow y Shell están impulsando juntos el desarrollo. Aunque estos procesos se probarán inicialmente a escala piloto, Ineos ya ha anunciado la construcción de una planta a gran escala en el puerto de Amberes, aunque la tecnología para ello aún está abierta: el nuevo craqueador utilizará etano como materia prima y en el futuro podría calentarse exclusivamente con hidrógeno neutro para el clima. Además, durante la construcción se estudiarán opciones de captura y almacenamiento de CO₂ (CCS) y hornos alimentados eléctricamente.

En general, la electrificación es una palanca esencial con respecto a la química climáticamente neutra. Si en el futuro el vapor de proceso necesario ya no se produce a partir de la combustión de combustibles fósiles, sino con electricidad generada de forma sostenible, se pueden conseguir grandes ahorros en las emisiones de dióxido de carbono. Las bombas de calor también pueden desempeñar un papel en este sentido: Alimentadas con electricidad renovable, permiten generar vapor a partir de calor residual que antes no se utilizaba. Junto con MAN Energy, BASF está investigando actualmente el uso de una gran bomba de calor con una potencia térmica de 120 megavatios en la planta de Ludwigshafen.

Cada vez son más las empresas químicas que se abastecen de electricidad procedente de parques eólicos para la electrificación de sus procesos, incluso de aquellos que aún no se han construido. Pero las capacidades de electricidad renovable necesarias para la química basada en la electricidad son enormes. Según un estudio de Dechema, en Europa se necesitaría casi un 50% más de electricidad para ello que la disponible actualmente en Europa. Sin la importación de hidrógeno verde o azul, amoniaco o metanol de regiones con grandes capacidades de electricidad renovable, la mayoría de las naciones químicas no podrán alcanzar el objetivo de la neutralidad climática.

Además, el abandono total de las materias primas fósiles exigirá en el futuro la síntesis de productos químicos a partir de hidrógeno y dióxido de carbono. El proceso para ello -la síntesis de Fischer-Tropsch- está disponible. Los flujos de gases residuales de la industria cementera (acoplamiento de sectores), por ejemplo, se plantean como fuente de dióxido de carbono.

El hidrógeno también desempeña un papel central en la producción de la mayor sustancia química básica en términos de volumen: la síntesis de amoníaco. Ningún otro proceso de fabricación química emite tanto CO₂ perjudicial para el clima. Hasta ahora, el amoníaco se producía principalmente a partir de gas natural mediante reformado con vapor, pero en el futuro requerirá enormes cantidades de hidrógeno neutro para el clima. Éste puede producirse bien por electrólisis del agua con electricidad renovable, bien por reformado al vapor con posterior captura y almacenamiento de CO₂ (hidrógeno azul). Un nuevo enfoque es la pirólisis del metano, que actualmente están desarrollando varias empresas e instituciones de investigación.

Otro producto químico básico también se basa en el gas natural: el alcohol metanol. En el futuro, podría producirse a partir de hidrógeno y dióxido de carbono generados a partir de biomasa u otros procesos industriales (acoplamiento sectorial). Otra fuente de materias primas en el futuro puede provenir de la economía circular: por ejemplo, los fabricantes de plásticos están trabajando en nuevos procesos con los que los residuos plásticos pueden convertirse en materia prima para la producción de productos químicos básicos mediante el reciclado mecánico y químico. La solvólisis, la despolimerización o, en el caso de los residuos mixtos, la pirólisis proporcionan nuevos monómeros o gas de síntesis que pueden utilizarse para la producción de nuevos plásticos y productos químicos.

Sin embargo, una química basada en la electricidad verde y el hidrógeno verde no sólo requerirá nuevos procesos, sino también nuevos modelos empresariales: El enfoque actual de producción continua 24 horas al día, siete días a la semana no puede trasladarse fácilmente a un mundo con volúmenes y precios de la electricidad fluctuantes. Se necesitan procesos flexibles, pero también procesos en los que el hidrógeno desempeñará un papel fundamental como almacenamiento de energía, vector energético y materia prima. La electrificación se apoya en los avances actuales de la electroquímica: esto permite conversiones químicas a temperaturas y presiones más bajas.

Una tecnología de reacción eficiente, especialmente con nuevos procesos catalíticos, contribuirá aún más a una química climáticamente neutra: Linde y Shell, por ejemplo, están investigando un nuevo proceso que podría sustituir completamente a los craqueadores de vapor: La síntesis de eteno basada en la deshidrogenación catalítica del etano. Dado que el proceso, conocido como Edhox, tiene lugar a 400 °C en lugar de 850 °C, la necesidad de energía se reduce considerablemente.

En general, merece la pena echar un vistazo a los procesos de alta temperatura porque a menudo no pueden electrificarse en absoluto. Entre ellos se encuentran, en particular, los hornos rotatorios y los procesos de altos hornos que deben convertirse a combustibles biogénicos o libres de carbono.

Sin embargo, pasará algún tiempo antes de que los nuevos procesos basados en electricidad renovable o materias primas de origen biológico estén lo suficientemente maduros como para producir un efecto climático positivo significativo en la química mundial. La descarbonización mediante la captura y el almacenamiento del dióxido de carbono resultante (CCS, CCUS) se ofrece, por tanto, como una tecnología puente. Esto podría descarbonizar la producción de hidrógeno (azul) y los productos químicos básicos amoníaco y metanol, así como productos químicos de mayor valor como el eteno, el propeno o los aromáticos. Hasta ahora, el factor limitante ha sido la disponibilidad de yacimientos de CO₂ y la falta de capacidad de captura. El IPCC de las Naciones Unidas estima que para alcanzar el objetivo de 1,5 ºC habrá que ahorrar al menos 4 gigatoneladas de CO₂ al año de aquí a 2050 mediante tecnologías de gestión y eliminación del carbono.

Las medidas hacia un sector químico neutro para el clima no serán gratuitas. Según estimaciones de Accenture y NexantECA, sólo en Europa serán necesarias inversiones por valor de 1 billón de euros. Y el tiempo apremia, porque las nuevas plantas tienen una vida útil típica de 30 a 50 años, lo que significa que también deben poder funcionar bajo la primacía de las emisiones netas cero.

La industria está convencida de que esto es técnicamente posible. Por ejemplo, el estudio de Dechema 'Roadmap Chemistry 2050' afirma: ”El uso integral de las nuevas tecnologías permite alcanzar aún el objetivo de la neutralidad casi total de los gases de efecto invernadero en 2050”.

Acerca de Achema

Achema es el foro mundial de la ingeniería química, la ingeniería de procesos y la biotecnología. La feria líder mundial de la industria de procesos se celebra cada tres años en Fráncfort. El espectro abarca desde equipos de laboratorio, bombas y dispositivos analíticos hasta maquinaria de envasado, calderas y agitadores, pasando por tecnología de seguridad, materiales y software, cubriendo así todas las necesidades de las industrias química, farmacéutica y de producción de alimentos. El congreso, que incluye conferencias científicas y numerosos actos con invitados y socios, complementa la amplia gama de temas de exposición. La próxima edición de ACHEMA tendrá lugar del 10 al 14 de junio de 2024 en Fráncfort del Meno. www.achema.de/en