Interior del horno eléctrico desarrollado por CIRCE.
Fundir cerámica a 1.500 grados sin quemar ni un sólo metro cúbico de gas
El centro tecnológico aragonés CIRCE valida un horno 100% eléctrico para la fabricación de frita y ya diseña su versión industrial, mientras extiende la tecnología a la calcinación de alúmina y la cocción de ladrillos dentro del proyecto europeo eLITHE.
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Que la industria es la gran asignatura pendiente de la transición energética no es ningún secreto. Sectores intensivos en energía como el acero, el cemento, el vidrio o la cerámica debían encontrar fórmulas para disminuir su huella de carbono si querían cumplir con los objetivos climáticos europeos, pero la electricidad no ofrecía una alternativa real al gas empleado tradicionalmente.
Empero, la guerra en Ucrania, la volatilidad del precio del gas y la fragilidad de las cadenas de suministro han acelerado los proyectos de investigación para resolver esta dicotomía.
Ese cambio de enfoque resulta especialmente evidente en la industria cerámica: "La industria cerámica ha dependido históricamente del gas natural, algo que durante décadas fue su punto fuerte por su bajo coste y facilidad de gestión. Sin embargo, las recientes guerras y disrupciones de suministro han convertido el precio del gas en un factor volátil e impredecible, además de seguir siendo de origen fósil. Esto expone a la industria europea a una vulnerabilidad estructural: sus costes de producción quedan atados a un mercado geopolíticamente inestable", explica Miguel Zarzuela, gestor del proyecto en el centro tecnológico CIRCE, en entrevista con DISRUPTORES - EL ESPAÑOL.
De esta premisa surge eLITHE, el proyecto europeo que este centro tecnológico coordina desde Zaragoza con 18 socios de nueve países, financiado por Horizonte Europa con el objetivo de sustituir el gas por electricidad en los procesos cerámicos de alta temperatura. Gracias, en parte, a un horno completamente eléctrico capaz de producir frita cerámica alcanzando los 1.500 grados sin utilizar combustibles fósiles, manteniendo la estabilidad del proceso y la calidad del producto.
Aunque la frita permanece prácticamente invisible para el consumidor final, su fabricación es un proceso físico-químico exigente. Para los neófitos en la materia, se obtiene fundiendo a alta temperatura una mezcla de materias primas (sílice, alúmina, óxido de boro y carbonato cálcico, entre otras) hasta convertirlas en una masa vítrea homogénea. Tras la fusión, el material se enfría bruscamente con agua para solidificarlo en forma de gránulos, que después se muelen y se aplican sobre la superficie de baldosas, azulejos y sanitarios: al volver a fundirse durante la cocción, forman la capa vidriada que aporta el acabado, el color y la resistencia a la abrasión del producto final.
La elección de la frita en estas lides no es casual: este esmalte vítreo que da color, brillo y resistencia a baldosas, azulejos y sanitarios representa uno de los mayores consumos de gas natural de toda la cadena cerámica, con 1,25 millones de toneladas producidas al año en unas 60 plantas europeas.
Ese proceso completo, y no sólo la etapa de fusión a 1.500 grados, es lo que eLITHE busca electrificar: ideal para procesos de alta temperatura por encima de los 1.000 grados, un umbral que engloba tanto la fusión como la calcinación y la cocción, las tres etapas cerámicas más intensivas en gas natural de toda la cadena de valor.
La oportunidad está en la alta temperatura
Electrificar sistemas que trabajan a temperaturas relativamente bajas no es complejo, como lo estamos viendo cada día en la movilidad urbana o un sinfín de aplicaciones más. Pero hacerlo a estas escalas industriales es harto complicado.
"La electrificación a baja temperatura es tecnológicamente más sencilla y ya existen soluciones comerciales. El reto real, y el hueco de mercado que detectamos, está en los procesos de alta temperatura, por encima de 200 grados y hasta 1.500 grados en el caso de la fusión de fritas, donde no hay sustitución directa por tecnologías comerciales disponibles", señala Zarzuela. A esas temperaturas aparecen problemas relacionados con la corrosión de materiales, la durabilidad de los equipos y el propio comportamiento del producto durante la fabricación.
Imagen del desarrollo de CIRCE, financiado por Horizonte Europa.
"El momento en que una idea de laboratorio empieza a poder convertirse en solución industrial es cuando somos capaces de demostrar, en condiciones representativas de un entorno industrial real, lo que llamamos TRL 7, que la tecnología alcanza esas temperaturas de forma fiable, con la calidad exigida y con datos suficientes para que una industria decida adoptarla", apunta el gestor del proyecto a este medio.
Para lograrlo, el horno desarrollado dentro de eLITHE integra distintas tecnologías eléctricas que trabajan conjuntamente para controlar tanto la temperatura como el flujo del material fundido, operando sin llama y sin combustión, lo que elimina las emisiones directas de CO2 y abre la puerta a adaptar la demanda eléctrica a la disponibilidad de energía renovable.
Tres sectores piloto
La iniciativa eLITHE no se limita a la frita. El proyecto cubre además la calcinación de alúmina, con un piloto asistido por microondas en Grecia, y la cocción de ladrillos y tejas, con un horno túnel híbrido en Alemania, y sus resultados apuntan a ser extrapolables a otras industrias intensivas en energía como el vidrio, los metales, los minerales o la química inorgánica.
"Lo que más convence al cliente depende del punto de partida de cada uno, pero hay una secuencia clara. En una primera fase, lo determinante es la viabilidad técnica: que el proceso funcione, alcance la temperatura y mantenga la calidad del material. Inmediatamente después entra la eficiencia y el coste del proceso, que es lo que realmente decide el escalado. Y aquí aparece el argumento que hoy pesa más: la autonomía y resiliencia energética", explica Zarzuela.
El equipo que ha desarrollado este horno eléctrico para frita cerámica.
El responsable de este centro tecnológico asegura que el interés empresarial ha evolucionado más rápido de lo esperado: "La geopolítica actual ha despertado a la industria. Vemos un interés enorme en tecnologías que no solo sean más verdes, sino también más previsibles y asequibles. La reducción de costes va de la mano del acceso a energía renovable, normalmente autogenerada, que protege frente a la volatilidad del gas. La descarbonización sigue siendo un motor, pero la conversación real con la industria gira cada vez más en torno a la competitividad y a no quedar atados a un suministro inestable".
De la primera fusión sin gas a la industrialización
El demostrador de Zaragoza ya ha completado la fusión de sus primeras fritas libres de emisiones de combustión. Pero, según Miguel Zarzuela, "una cosa es demostrar que la tecnología funciona y otra prepararla para operar de forma continua durante meses, que es lo que exige un entorno industrial real". Por ello, el siguiente paso es una revisión completa de los equipos del horno para garantizar su durabilidad frente a la corrosión, la consistencia de la calidad del producto y las cifras reales de eficiencia y coste en operación continua, los datos que finalmente permiten a una industria decidir invertir.
Así que el interés generado por el demostrador ha llevado a CIRCE a plantear ya su continuación e industrialización una vez concluya el proyecto actual, con un horno de capacidad diez veces superior al piloto actual. En ese sentido, Zarzuela identifica dos líneas de mejora para esa siguiente fase: aumentar la eficiencia de la conversión eléctrica y facilitar la integración con energía fotovoltaica.
"En procesos industriales de este tamaño, un pequeño incremento de eficiencia puede traducirse en millones de euros de ahorro en la operativa anual", sostiene el investigador, antes de subrayar que la integración con renovables autogeneradas es lo que convierte la viabilidad técnica en viabilidad económica. En paralelo, el proyecto trabaja ya en una hoja de ruta de replicación que incluye recomendaciones regulatorias, identificación de barreras y de fuentes de financiación para extender estas soluciones no solo a la cerámica, sino a otras industrias europeas intensivas en energía.
