En la actualidad, el 37 por ciento del consumo mundial de energía procede de la industria,1 incluidos sectores como el químico, el manufacturero y el de la pulpa y el papel, y la asombrosa cifra de dos tercios del consumo industrial de energía se destina a la generación de calor. Esto significa que la demanda de calor industrial asciende a más del 20 por ciento del consumo mundial de energía,2 la mayor parte de la cual —aproximadamente el 80 por ciento— se genera a partir de combustibles fósiles.
Ante unos objetivos climáticos cada vez más estrictos, muchos actores de la industria consideran que la descarbonización del calor es un desafío que requiere atención urgente. Sin embargo, la insuficiente disponibilidad de tecnologías con un costo y unos niveles de madurez razonables, el capital limitado y la falta de voluntad para arriesgar ese capital podrían limitar el número de actores dispuestos a invertir en la electrificación térmica a gran escala.
Según un informe reciente del McKinsey Global Institute, casi la mitad de las reducciones de emisiones de CO2 relacionadas con la energía dependen de que se aborden retos físicos, como el uso de fuentes de calor alternativas para la producción de materiales industriales.3 Este artículo ilustra el potencial de la electrificación térmica para descarbonizar la industria, explorando casos de uso en varios sectores, así como las tecnologías subyacentes disponibles hoy y en los próximos años. También plantea cinco cuestiones estratégicas para ayudar a los fabricantes de equipos originales (OEM) a determinar qué opción es la más adecuada para sus empresas.
Un panorama de la descarbonización y la electrificación térmica
La transición a cero emisiones netas es uno de los mayores desafíos de nuestro tiempo. Más de 5,000 empresas de distintas regiones e industrias han fijado objetivos de reducción de emisiones4, y los organismos reguladores están tomando medidas decisivas. Por ejemplo, la Unión Europea pretende reducir las emisiones en un 55 por ciento para 2030 y alcanzar la meta de cero emisiones netas para 2050.5 Para lograr este objetivo, es necesario acelerar el cronograma para construir el suministro de energía verde, pero la infraestructura de red está luchando para seguir el ritmo de las crecientes intermitencias del suministro de energías renovables, así como la distribución en redes de baja o media tensión a las que están conectadas la mayoría de las industrias.
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Afortunadamente, los países europeos y los operadores de la red ya han anunciado aumentos de la inversión en infraestructura eléctrica para apoyar las ambiciones de cero emisiones netas, tanto para los generadores de energía verde como para los consumidores a pequeña y gran escala. De hecho, las tecnologías necesarias para permitir la electrificación en el segmento industrial, y por tanto reducir las emisiones, ya están disponibles y pueden integrarse en la infraestructura existente.
Además, hay otras vías de descarbonización entre las que elegir, como el hidrógeno y la captura y almacenamiento de carbono (carbon capture and storage, o CCS), aunque estas requieren la construcción de infraestructura y una inversión significativa. Al mismo tiempo, la electrificación puede tener un valor actual neto (VAN) positivo.6
Las distintas verticales de la industria también tienen distintos niveles de potencial de descarbonización en función de sus requisitos de temperatura (Gráfica 1). Por ejemplo, los procesos de alta temperatura requieren fuentes de energía fiables, así como tecnologías probadas para mantener operaciones continuas. En cambio, las alternativas técnicas a la combustión de gas natural son relativamente escasas en la actualidad. Por ello, los casos de uso más adecuados se sitúan en el rango de temperaturas bajas a medias, como el vapor de proceso y el aire caliente.
Escenario de transformación sostenible 2024,1 UE-27 más Reino Unido, para 2030
X Aumento de la electricidad vs 2023, puntos porcentuales
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Vertical de la industria |
Demanda de energía, exajulios |
Reparto del combustible, % |
Reparto del rango de temperatura, %
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Calefacción Otro |
Electricidad Bioenergía Calor Petróleo Hidrógeno Otras energías renovables Gas natural Carbón |
<200oC 200-500oC 501-1,000oC >1,000oC |
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Productos químicos Minerales no metálicos Manufactura Alimentos y tabaco Agricultura y silvicultura Hierro y acero Autoconsumo energético Otras industrias2 |
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1 Escenario de Global Energy Perspective 2024, McKinsey, 17 de septiembre de 2024.
2 Incluye construcción, minería, pesca, metales no ferrosos, otros materiales e industrias no especificadas.
Fuente: Global Energy Perspective 2024 (Perspectiva energética global 2024), McKinsey, 17 de septiembre de 2024
McKinse
En general, la industria manufacturera, la de alimentos y bebidas, y la de agricultura y silvicultura son las que más dependen de procesos con calor a baja temperatura (menos de 200oC). En particular, la industria manufacturera y la de alimentos y bebidas podrían ver un potencial significativo de electrificación a corto y mediano plazo, con tasas de electrificación del 62 y el 44 por ciento de la demanda total de energía, respectivamente, para 2030.7 En contraste, los requisitos de temperatura son mayores para los casos de uso en los sectores químico, siderúrgico y de minerales no metálicos, todos los cuales requieren una gran proporción de calor de temperatura media y alta (más de 200oC).
En conjunto, la oportunidad total para la electrificación de las industrias es significativa. Según nuestras previsiones, solo en la UE-27 más Reino Unido podrían invertirse aproximadamente 4,000 millones de dólares entre 2024 y 2030. Esto supone una actividad continuada tanto en los sectores con emisiones reducidas como en los más difíciles de reducir, los cuales se enfrentan a una mayor presión competitiva y a retos de financiamiento a la hora de invertir en electrificación.
Tecnologías de electrificación térmica: La opción de descarbonización industrial para el aquí y el ahora
Las tecnologías térmicas empleadas hoy en día se dividen en dos categorías: calderas y calentadores de proceso u hornos (vea el recuadro “Temperatura del calor y tipos de equipos”). Las calderas funcionan predominantemente con gas y dominan niveles de temperatura bajos a medios, de hasta 500oC, para generar vapor o calentar aceite térmico. En cambio, las temperaturas más altas se generan directa o indirectamente mediante calentadores de proceso u hornos.
Una amplia gama de tecnologías de electrificación maduras disponibles en la actualidad pueden cubrir ciertas aplicaciones de calor en todos los rangos de temperatura y casos de uso. Por ejemplo, las bombas de calor pueden cubrir temperaturas bajas (hasta 150oC), mientras que la tecnología de recompresión mecánica de vapor (mechanical vapor recompression, o MVR) puede cubrir temperaturas superiores.8 Las calderas eléctricas pueden proporcionar los mismos rangos de temperatura que las calderas de gas, cubriendo todo el rango hasta 500oC. Los calentadores turbo y de inducción pueden cubrir temperaturas incluso superiores a 1,000°C, dependiendo de la configuración técnica.
Entre las opciones de electrificación (excluyendo las aplicaciones de alta temperatura en las industrias pesadas, como los hornos de arco eléctrico, los hornos de craqueo eléctrico o los kilns), nuestras proyecciones muestran que cinco tecnologías principales –bombas de calor, calentadores de inducción, MVR, calderas eléctricas y calentadores turbo– pueden cubrir más del 80 por ciento del mercado en todas las industrias (Gráfica 2). Sus respectivas características técnicas se orientan principalmente al nivel de temperatura, los medios de producción y la madurez a escala industrial. Todas las tecnologías pueden complementarse con sistemas de almacenamiento de energía térmica que permitirían capturar la electricidad intermitente.
Tamaño del mercado en la UE-27 más Reino Unido para 2030, %
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Rango de temperaturas de hasta… |
Madurez tecnológica |
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Bombas de calor |
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Totalmente madura |
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Calentadores de inducción1 |
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Baja |
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Recompresión mecánica de vapor |
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Totalmente madura |
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Calderas eléctricas |
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Avanzada |
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Calentadores turbo1 |
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Avanzada |
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Otros2 |
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Nota: Se excluyen las aplicaciones de alta temperatura en industrias de difícil reducción (por ejemplo, fabricación de acero y cemento).
1 Técnicamente, es posible alcanzar temperaturas >1,000ºC dependiendo de la configuración técnica (por ejemplo, mediante una configuración híbrida convencional y eléctrica o calor inducido directamente).
2 Incluye calentador resistivo, amplificador de vapor limpio, precalentador de aire, etc.
Las aplicaciones para las bombas de calor industriales ya se han puesto en marcha. Un sector adecuado es el de alimentos y bebidas, en el que el 40 por ciento de la demanda energética se destina a la generación de vapor9, y más del 80 por ciento del vapor se genera actualmente mediante calderas convencionales o cogeneración (combined heat and power, o CHP).
En estos casos, las bombas de calor son la tecnología idónea para la descarbonización cuando su costo es competitivo y asequible desde el punto de vista del capital. Esto es especialmente cierto en las industrias en las que predominan los procesos de baja temperatura. Las fábricas de cerveza son un ejemplo. Con una producción de alrededor de 500,000 hectolitros, se necesitan aproximadamente siete gigavatios-hora (GWh) de energía para la producción de vapor en la sala de cocción (maceración, purificación y ebullición) a una temperatura de hasta 120oC. Se requieren otros dos GWh para el vapor en el proceso de fermentación (filtración, desalcoholización y calentamiento a corto plazo) hasta 95oC. Por último, la sala de embotellado requiere unos cinco GWh al año para la limpieza de botellas, el llenado y la pasteurización, con temperaturas de hasta 70oC. Por lo tanto, la generación de vapor en las fábricas de cerveza puede descarbonizarse por completo hoy en día con las tecnologías de bombas de calor industriales existentes y las importantes sinergias entre procesos.
Junto con las tecnologías descendentes de calor descarbonizado en los procesos industriales, es necesario desarrollar significativamente el suministro de infraestructura de calor eléctrico y las energías renovables. Por ejemplo, un craqueador eléctrico piloto en Europa con 25 megavatios (MW) de capacidad requeriría teóricamente unos 16 molinos de viento con una capacidad de cinco MW cada uno (indicativo solo para la producción de energía, sin tener en cuenta las intermitencias) y baterías para cubrir la producción intermitente de energías renovables. Sustituir un craqueador normal de tamaño industrial de entre 600 a 800 MW por un e-cracker que utilice energías renovables intermitentes requeriría el doble o el triple de capacidad energética. Además, hay que tener en cuenta entre el 20 y el 30 por ciento del costo del proyecto para mejoras de infraestructura –como nuevos transformadores o conexiones a la red, dependiendo de la ubicación del craqueador eléctrico– y se requiere el apoyo de las empresas de servicios públicos (locales) en procesos de obtención de permisos a veces largos.
Para el resto del mercado, se necesitan tecnologías como los calentadores resistivos, los amplificadores de vapor limpio o los precalentadores de aire, tanto para la generación como para la recuperación de calor. Todas estas tecnologías tendrán que aplicarse dentro del proceso, y es necesario crear una infraestructura que respalde la ampliación de la tecnología.
De cara al futuro, se está innovando en tecnologías emergentes como los sopletes de plasma –que se encuentran en fase de I+D para aplicaciones de alta potencia– y los calentadores de inducción. Por lo tanto, existe un claro potencial para adoptar tecnologías que electrifiquen los procesos de alta temperatura para el cemento (que depende de hornos) y los productos químicos (que dependen de craqueadores eléctricos). En este sentido, BASF, SABIC y Linde pusieron en marcha recientemente la primera planta de demostración del mundo de hornos de craqueo a vapor a gran escala calentados eléctricamente. Los dos hornos pueden procesar casi cuatro toneladas métricas de materia prima de hidrocarburos por hora y consumen un total combinado de seis MW de energía renovable. En general, la tecnología puede reducir potencialmente las emisiones de CO2 en un 90 por ciento en comparación con los craqueadores a vapor convencionales.10
Diferentes estrategias para considerar por los fabricantes de equipos originales
Muchas tecnologías de electrificación térmica compiten en determinados casos de uso, y aún no se ha determinado la tecnología “ganadora”. Las tecnologías que elijan los fabricantes de equipos originales dependerán de tres puntos: 1) el nivel de madurez alcanzado en el mercado una vez que repunte, probablemente después de 2030; 2) la configuración individual del calor y los medios de salida dentro de una planta; y 3) los requisitos específicos del proceso, por ejemplo, el requisito de velocidades rápidas de calentamiento en soluciones de respaldo, lo que favorecería una caldera eléctrica sobre una bomba de calor.
Teniendo en cuenta estos puntos, los OEM de tecnologías de calor descarbonizado pueden responder a las siguientes preguntas para determinar qué opción es la adecuada para su negocio.
Elección de cartera: ¿Es usted un actor especializado u ofrece una cartera amplia?
Algunas empresas optan por centrarse en una tecnología y destacan por su fiabilidad, servicio, especificaciones técnicas y factores de costo para convertirse en las mejores de su clase y ganar proyectos de referencia críticos en las primeras fases. Esto también permite a las empresas desarrollar capacidades de integración en diferentes industrias.
Otras podrían aspirar a convertirse en actores a gran escala capaces de ofrecer una gama más amplia de tecnologías. Esto podría permitir a los OEM apoyar a los actores industriales a reflexionar sobre la optimización de sus sistemas energéticos más amplios y crear planes integrales para la descarbonización de sus plantas y procesos. En algunos casos, esto requiere tecnologías combinadas, como recuperación de calor, bombas de calor, MVR y calderas eléctricas. Por ejemplo, las bombas de calor suelen funcionar bien en alimentos y bebidas porque permiten pasar de vapor a agua caliente (muchos procesos no requieren temperaturas superiores a 100oC). Además, las calderas eléctricas pueden ser necesarias como respaldo o redundancias del vapor por su rápida capacidad de arranque. Todas estas tecnologías deben integrarse individualmente, por lo que los operadores con una amplia cartera de productos pueden ofrecer capacidades y servicios de asesoramiento en distintos sectores industriales.
Elección de tecnología: ¿Quiere innovar o escalar?
Los OEM con profundos conocimientos técnicos, mentalidad innovadora y voluntad de asumir riesgos pueden aprovechar las oportunidades como pioneros ofreciendo nuevas tecnologías para aplicaciones que no se habían abordado hasta ahora, especialmente en procesos térmicos de alta temperatura. Es probable que estas empresas estén bien posicionadas para beneficiarse de márgenes elevados y posibles oportunidades de negocio.
Dicho esto, posicionarse como innovador en los procesos térmicos de alta temperatura es una apuesta de alto riesgo y grandes beneficios. Aunque es probable que la innovación venga impulsada por la maduración de las tecnologías de alta temperatura, la mayoría de las tecnologías de electrificación de alta temperatura son actualmente prematuras, sin pruebas de concepto o proyectos piloto a pequeña escala, y sin aplicaciones a escala comercial (como los craqueadores eléctricos o los hornos eléctricos). Además, se necesita un rediseño exhaustivo de los procesos petroquímicos, cementeros y metalúrgicos.
Teniendo en cuenta estos puntos, los actores tecnológicos pueden llevar a cabo proyectos piloto en colaboración con actores industriales establecidos. Un buen ejemplo de ello es la colaboración entre ABB y Coolbrook, que tiene como objetivo descarbonizar las industrias pesadas combinando la tecnología RotoDynamic de Coolbrook con los motores, la electrónica de potencia y los activos y capacidades de automatización de procesos de ABB, con el objetivo final de comercializar la tecnología de Coolbrook y, en última instancia, ampliarla.11
Otra posibilidad es que los OEM decidan centrarse en tecnologías probadas y maduras, ampliándolas y creando economías de escala. Estos actores podrían encontrarse con más competencia, pero con menos riesgos tecnológicos y de proyecto. Esto se aplica principalmente a las tecnologías de temperatura baja a media.
Enfoque de mercado: ¿Qué región geográfica es la más adecuada?
Es probable que los OEM tengan que determinar en qué zonas geográficas y sectores industriales quieren centrarse. Los entornos regulatorios, el financiamiento y apoyo gubernamental, y el atractivo financiero en función de los precios del combustible y el carbono varían de un lugar a otro. En el caso de algunas tecnologías, la viabilidad financiera ya se ha alcanzado o está cerca de alcanzarse debido a los precios favorables del combustible (por ejemplo, el gas frente a la electricidad) y a los esquemas de carbono en determinados países, sobre todo en Europa (otras regiones, como Norteamérica, aún están más lejos debido a los bajos precios de los combustibles fósiles). Sin embargo, hay ejemplos de acciones para acelerar la electrificación en Estados Unidos: uno de ellos es la Ley de Edificios Totalmente Eléctricos de la Ciudad de Nueva York (New York City’s All-Electric Buildings Law), que exige que todos los edificios nuevos utilicen calefacción y electrodomésticos eléctricos.12
Del mismo modo, es probable que los clientes difieran dentro de las industrias. Los OEM pueden encontrar grandes actores industriales que necesiten cientos de MW de generación de calor y pequeños operadores locales con una presencia más fragmentada en el mismo sector; por ejemplo, grandes productores de lácteos frente a pequeñas cervecerías locales en el sector de alimentos y bebidas.
Enfoque de salida al mercado: ¿Cómo se dirigiría a los clientes potenciales?
El éxito en el mercado de la electrificación térmica industrial requiere una comprensión profunda de las necesidades de los clientes y de los principales criterios de compra. Históricamente, la mayoría de los actores industriales dependían de soluciones de calefacción basadas en combustibles fósiles; por lo tanto, muchos necesitan generar confianza antes de pasarse a las nuevas tecnologías. Para ello, tendrán que aprender sobre el rendimiento y la fiabilidad de estas tecnologías, y obtener transparencia sobre el rendimiento y los riesgos comerciales, como los cambios en las regulaciones y el impacto en los precios de los combustibles. De cara al futuro, los operadores pueden determinar con mayor precisión los requisitos de los clientes realizando análisis de sensibilidad del costo nivelado del calor basados en modelos de simulación.
Además, los actores tecnológicos pueden considerar la posibilidad de ampliar su oferta para prestar servicios tecnológicos y de asesoramiento técnico. Estos servicios podrían incluir la oferta de una hoja de ruta de descarbonización estructurada con priorización de los procesos clave para descarbonizar a lo largo de la cadena de valor, opciones de eficiencia energética o de modernización y, en el caso de inversión en nuevos activos de electrificación, asesoramiento sobre la integración de procesos y los requisitos de infraestructura. A nivel interno, esto requerirá una fuerza de ventas proactiva sobre el terreno con un profundo conocimiento de los procesos necesarios.
En resumen, los elementos clave de una estrategia de salida al mercado son la investigación de mercado (los principales vectores de la industria y las necesidades de los clientes), las asociaciones para la entrega (proveedores de energía y contratistas de ingeniería y construcción) y las ventas técnicas (equipos de ventas especializados con asistencia posventa para una alta fiabilidad). Los servicios digitales para optimizar el funcionamiento de los activos térmicos también son útiles en las estrategias de comercialización. En este punto, nuestra investigación muestra que el calor como servicio dentro de los procesos industriales es menos popular que la generación in situ con tecnologías de cogeneración. Sin embargo, debido al capital adicional necesario y a las novedades técnicas que conllevan las tecnologías de electrificación, los clientes industriales con altos requisitos de fiabilidad podrían favorecer los modelos de calor como servicio (heat-as-a-service).
El reto de la descarbonización es significativo, pero los líderes de la industria pueden empezar a electrificarla hoy mismo. El primer paso es tener en cuenta la infraestructura existente y los requisitos de inversión, tras lo cual los líderes pueden determinar qué vías de descarbonización son factibles. A partir de ahí, los fabricantes de equipos originales pueden comenzar a responder a cuestiones estratégicas para sus negocios, lo que requerirá un análisis cuidadoso y la tecnología adecuada. En última instancia, dar estos pasos correctamente podría significar la diferencia entre ir por delante o quedarse atrás.