El alto coste de la captura de carbono, debido a la cantidad de energía que requiere, presenta desafíos para su adopción generalizada por la industria del cemento. Este artículo explica cómo la automatización avanzada puede mejorar la eficiencia energética de la captura de carbono, aumentando su viabilidad dentro de la producción de cemento.
La industria del cemento es responsable de aproximadamente el 8% de las emisiones globales de CO2, por lo que reducir la huella de carbono de este sector difícil de mitigar mediante la implementación de tecnologías de captura y almacenamiento de carbono (CCS) a escala comercial es vital. Sin embargo, es necesario abordar varios desafíos clave para lograr un cambio significativo, incluidos la reducción de los costos operativos y el aumento de la eficiencia del proceso de captura de carbono, que es intensivo en energía.
En un artículo de International Cement Review, titulado ‘Tecnología de Automatización para Reducir los Costes de Captura de Carbono’, revelamos que, según la Agencia Internacional de Energía, la mayoría de los procesos de captura de carbono hoy en día consumen entre el 10% y el 40% de la energía generada para todo el proceso de producción. Esta proporción se llama penalización energética y determina la eficiencia de un sistema de captura de carbono. Como explica el artículo, es importante que la industria del cemento:
…desarrolle tecnologías de captura más eficientes en términos energéticos y utilice fuentes renovables para alimentar los sistemas de captura. Las ganancias en eficiencia operativa comienzan con consideraciones de diseño, donde los ingenieros seleccionan estratégicamente materiales, condiciones de operación, configuraciones de proceso y equipos para establecer la integridad de costes, asegurando la viabilidad del proyecto y maximizando el retorno de la inversión. Fallos o una selección inadecuada de equipos durante esta fase pueden resultar en ineficiencias y pérdidas de energía permanentes.
El software avanzado de ingeniería de rendimiento juega un papel crucial en la evaluación de la viabilidad económica de los procesos de captura de carbono propuestos mucho antes de que se implementen. Estas herramientas permiten a los ingenieros modelar con precisión sistemas químicos y termodinámicos complejos, identificar ineficiencias, estimar requisitos energéticos, evaluar riesgos y abordar problemas proactivamente. Ajustar variables como el tipo de solvente, la concentración, la temperatura, la presión y las condiciones de flujo puede reducir significativamente los requisitos energéticos y resultar en una menor penalización energética.
El artículo explica cómo la tecnología de gemelo digital permite a los ingenieros optimizar aún más el diseño y la operación de los sistemas de captura de carbono al aprovechar modelos informáticos analíticos para mejorar la eficiencia energética y reducir costos, tanto antes como después de poner online un sistema. Enuncia:
…Los gemelos digitales de captura de carbono pueden simular el flujo de las corrientes de gas y líquido a través del sistema de captura, permitiendo a los ingenieros identificar las condiciones óptimas para capturar CO2 con un mínimo consumo de energía y obtener orientación para operaciones óptimas a medida que las composiciones de los gases de combustión cambian con el uso de diferentes combustibles en el horno. La tecnología de gemelos digitales también facilita la monitorización en tiempo real y la comparación del rendimiento, permitiendo la detección rápida de desviaciones o anomalías que indiquen desperdicio de energía. Luego describimos cómo la generación y transferencia eficiente de calor es central para la integridad de costes de cualquier instalación involucrada en la captura de carbono, y por qué el monitoreo y la gestión continuos de este equipo es crucial para minimizar la penalización energética de un sistema de captura de carbono. Los avances en tecnología inalámbrica han hecho que esta monitorización sea más fiable y rentable. El artículo continúa:
…Sensores de alta precisión, desplegados usando tecnología inalámbrica, pueden mejorar la recolección de datos para la optimización de la transferencia de calor. La medición en tiempo real de la presión diferencial, el flujo y la temperatura utilizando un solo dispositivo inalámbrico autodiagnóstico mejora aún más la precisión. Los dispositivos de medición inalámbricos ayudan a mejorar la gestión del equipo de transferencia de calor, crucial para minimizar la penalización energética de un sistema de captura.
Optimizar el rendimiento se extiende más allá de los intercambiadores de calor a las calderas, bombas, compresores y equipos críticos. El artículo explica cómo el software avanzado de control de procesos adaptable mejora la eficiencia del sistema de captura de carbono a través de múltiples variables al permitir que el equipo funcione más cercano a las limitaciones operacionales y de seguridad, minimizando el uso de energía. Los sistemas de información de gestión energética consolidan el rendimiento energético a través de muchos activos complejos, permitiendo a los operadores priorizar actividades para el mayor impacto. El software analítico preconfigurado, adaptado para calderas multifuel que usan gases residuales, combustibles de desecho y biomasa, reduce aún más la huella de carbono de un sistema mientras aumenta la capacidad y estabilidad de producción de vapor. El artículo explica que el objetivo de todas las unidades de captura de carbono es aislar tanto CO2 puro como sea posible con el mínimo consumo de energía. Enuncia:
…Lograr el equilibrio ideal entre la tasa de captura y el coste energético es donde la automatización tiene un potencial significativo. Se requiere una evaluación integral de factores y un enfoque sistemático y multidimensional. Las técnicas rigurosas de simulación de procesos juegan un papel crucial, ayudando a los operadores a comprender el comportamiento y rendimiento de su sistema de captura. Los modelos analíticos predicen con precisión las interacciones entre los diferentes componentes en el proceso de absorción o adsorción de CO2 y el proceso de regeneración del solvente, junto con los requisitos energéticos resultantes. Al simular diferentes escenarios y parámetros operacionales, se puede evaluar el impacto de las tasas de captura variables en el consumo de energía y viceversa sin necesidad de experimentar en el mundo real. La simulación de procesos, examinando temperaturas de regeneración, presiones, composiciones químicas y otras variables, puede minimizar los requisitos energéticos mientras se mantiene una tasa de captura satisfactoria.
A continuación, explicamos cómo los sistemas de control integrados son esenciales para gestionar las tasas de captura y el consumo de energía en los sistemas de captura de carbono. El artículo continúa:
…Al monitorizar continuamente las condiciones operativas, métricas de rendimiento y parámetros relevantes, como temperatura, presión, tasa de flujo y composición, los sistemas de control optimizan el proceso de captura en tiempo real. Regulando parámetros como la temperatura de la cama de adsorbente, la presión de adsorción o la tasa de flujo de solvente, se asegura que la tasa de captura de CO2 se mantenga dentro del rango deseado. Este esquema de control ayuda a mantener una alta eficiencia de captura, minimizar el consumo de energía y optimizar el rendimiento del sistema.
El artículo sigue describiendo cómo el software avanzado de control de procesos (APC) facilita la integración del sistema de captura de carbono con el proceso de producción existente. Con la integración entre el APC de AspenTech y el sistema de control distribuido DeltaV™ de Emerson, los beneficios del sistema de control distribuido pueden expandirse a una optimización multivariante completa, optimizando así el uso de energía y la distribución de la carga, asegurando una utilización eficiente de los recursos y maximizando la eficiencia general del sistema. El valor del APC se extiende a nuevas instalaciones, particularmente dentro de la unidad de adsorción/absorción, aprovechando algoritmos avanzados de aprendizaje automático para optimizar el rendimiento.
Finalmente, el artículo explica cómo la tecnología avanzada de medición como los medidores de densidad y los analizadores de gases también pueden contribuir significativamente a mantener el equilibrio ideal entre captura y energía. Afirma:
…Los medidores de densidad proporcionan información crucial sobre la concentración del agente capturador, ayudando a controlar la regeneración del solvente y optimizar el consumo de energía. Los analizadores de gases continuos ofrecen datos en tiempo real sobre la composición química y la concentración de CO2, permitiendo que el sistema de control regule el calor utilizado para la regeneración del solvente. Estos analizadores simplifican los informes regulatorios, ayudando a los operadores a tomar mejores decisiones operativas y lograr el equilibrio deseado de captura-energía. El análisis continuo de gases proporciona datos en tiempo real sobre la composición química y la concentración de CO2, permitiendo que el calor utilizado para la regeneración del solvente sea regulado.
Para obtener más información sobre la optimización del proceso de captura de carbono, visita www.Emerson.com/es-es/esg/environmental-sustainability/carbon-capture-storage
