Evaluación técnico-económica de la integración de sistemas de descarbonización en procesos industriales térmicos en Chile

Abstract

Los seres humanos, mediante la emisión de gases efecto invernadero, han causado el calentamiento global, produciendo diversos efectos adversos en el planeta. El sector industrial corresponde al sector de uso final que emite la mayor cantidad de CO2 en el mundo, supliendo gran parte de su fracción energética mediante combustibles fósiles. Para este trabajo, se planteó como objetivo evaluar la integración de tecnologías de descarbonización en procesos industriales térmicos en Chile, para identificar áreas potenciales donde la transición a energías limpias sería factible. A partir de datos de emisiones de CO2, declarados públicamente por miles de empresas, se estima la energía consumida anualmente por cada una, aplicando factores de conversión obtenidos desde la literatura. La energía consumida en los procesos industriales caracterizados fue posteriormente desglosada en perfiles de demanda térmica diaria y horaria. Inicialmente, se identificaron 4006 casos aplicables a este estudio, los cuales se filtraron progresivamente, finalizando con una muestra de 423 casos. Se modelaron y simularon sistemas solares térmicos, fotovoltaicos y eólicos para cada uno de ellos. Los resultados muestran que los 423 casos estudiados abarcan cerca del 58 % de la energía total consumida del país. Para recomendar una tecnología renovable, se usó como criterio que su costo nivelado de energía (LCOH o LCOE) fuera menor al costo de combustible fósil considerado de 80 $/MWh. Así, se determinó que alguna de las 3 tecnologías es competitiva en el 93.3 % de los casos de estudio, predominando el sistema solar térmico con 340 casos, seguido por solar fotovoltaico con 49 casos y energía eólica con 6 casos. Hubo 28 casos donde no se recomendó la integración. Si se considera que todas estas plantas renovables son implementadas (395 en total), anualmente se desplazarían aproximadamente 16 TWh de energía fósil y 3.8 Mton de CO2. El mejor desempeño de los sistemas solares térmicos se puede atribuir a la mayor eficiencia debido al uso final de energía (térmica) y a la incorporación de almacenamiento térmico en el diseño. Este trabajo determina que no existe una tecnología para la descarbonización superior en todos los escenarios. Si bien existen tendencias de acuerdo al objetivo de generación, la implementación debe ser acompañada de un análisis de la ubicación de estudio, para estimar los niveles de recurso renovable disponible. Además es crucial un dimensionamiento de planta adecuado para reducir los costos. Finalmente, se compararon los resultados de costo nivelado para las tecnologías evaluadas con sistemas de hidrógeno verde, captura de carbono y combustibles sintéticos, concluyendo que su implementación no es económicamente viable para este tipo de aplicación en la actualidad.