Conduciendo por la A15 pasando Pernis y Botlek, pasará por un bosque de acero y hormigón, un desierto industrial de chimeneas, tuberías e hidrocraqueadores. Aquí, en la periferia de los Países Bajos, el petróleo se convierte en gasolina, queroseno y diésel. Las plantas químicas producen monómeros de benceno, óxido de etileno, óxido de propileno y estireno. Aquí es donde se fabrican los materiales básicos que utilizan las empresas de otros lugares para la producción de, por ejemplo, colchones, material aislante y calzado deportivo.
El reto
Pernis, con su industria química, es el vivero de Holanda y Alemania BV. Pero las instalaciones petroquímicas también son una fuente importante de CO2. Cada año, las chimeneas aquí liberan casi 4,5 millones de toneladas a la atmósfera, casi el 3 por ciento del total holandés.
Todo el mundo sabe que las cosas hay que hacerlas de otra manera. El baño de aceite en el que flota Pernis tendrá que secarse en las próximas décadas, para que los Países Bajos puedan estar libres de CO2 para 2050. Pero el país no quiere estar libre de químicos en lo más mínimo. Porque incluso dentro de tres décadas, habrá demanda de colchones y calzado deportivo. Y probablemente también a los combustibles, por ejemplo para la aviación, que para entonces probablemente no podrá prescindir del queroseno.
El plan
No se necesita petróleo para la producción de plásticos y combustibles. La biomasa también puede ser una materia prima. Incluso el maldito CO2 es potencialmente una materia prima.
La química es posible sin fósiles. ¿Cómo? Con fuentes sostenibles. Al dividir el agua con electricidad verde en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) y el carbono (C) de CO2 para recoger, se forma junto con el nitrógeno (N2) el mismo kit químico de Lego que ahora está lleno de petróleo. Con los componentes básicos H, N y C, la industria química puede, en principio, fabricar los mismos productos que hoy en día, como metanol, etileno y queroseno, pero sin combustibles fósiles.
Imagine cómo Pernis puede convertirse eventualmente en un oasis sostenible, donde las instalaciones de bengalas ya no iluminan la noche, sino donde las instalaciones brillantes y con un suave zumbido producen materias primas químicas sostenibles.
¿Qué tan realista es esta visión? Muy realista, dice Ruud van Ommen, profesor de tecnología química en TU Delft. Van Ommen se especializa en reactores que pueden convertir CO2 en combustibles y productos químicos. Esto se hace a pequeña escala en su laboratorio en TU Delft. Van Ommen y sus compañeros científicos llevan a cabo una investigación fundamental sobre cómo estos reactores pueden ampliarse desde el nivel molecular hasta gigantes industriales. En TU Delft, entre otros, esto se está trabajando en un programa de investigación llamado e-Refinery.
El laboratorio
El investigador Anca Anastasopol muestra un reactor electrónico de este tipo en los laboratorios de Delft, donde se configuran varias configuraciones en formato ascendente. El dispositivo se parece a una prensa de plantas para un herbario, pero está hecho de una aleación de aluminio. Donde normalmente se comprime la harina, ahora hay un catalizador que tiene que acelerar la reacción para hacer nuevas materias primas químicas a partir de las moléculas básicas.
Los reactores de este tipo son similares a una batería que se ve en los autos eléctricos, dice Anastasopol. También en una batería la reacción tiene lugar entre dos placas delgadas, varias de las cuales se colocan una detrás de la otra. La gran diferencia es que una batería es un sistema cerrado, mientras que los catalizadores de Delft están abiertos: las ‘moléculas de materia prima’ tienen que entrar y el ‘producto’ salir. Esto hace que el proceso de reacción sea más complejo.
El reactor puede funcionar bien en el laboratorio, pero existen suficientes desafíos científicos para hacerlo lo suficientemente grande para la escala industrial y aún así mantener su eficiencia, dice Van Ommen. Por ejemplo, cómo mantiene constante la temperatura del proceso en todas partes: el reactor se enfría más por fuera que por dentro, lo que influye en la reacción.
Para aumentar la producción, el reactor puede hacerse más grande, pero esto también aumenta los desafíos tecnológicos. También puede ponerlos uno tras otro, en los llamados pilas† Pero incluso eso no puede continuar indefinidamente, dice Van Ommen. A escala industrial hay que buscar el óptimo. Después de todo, el espacio no es ilimitado.
El hecho de que el investigador hable de costos en su laboratorio puede no ser del todo nuevo para el mundo científico, pero es llamativo. No hay otra manera, dice Van Ommen. Cuando trabaja en aplicaciones industriales, los costos finalmente juegan un papel.
Un investigador puede desarrollar el reactor perfecto, pero si requiere grandes cantidades de iridio raro, puede volverse demasiado costoso. Van Ommen: ‘Ahora, a alguien se le ocurre un buen invento, publica la investigación en una revista científica y lo tira por la borda, después de lo cual otros solo tienen que ver si pueden encontrar una aplicación para él’. Eso tiene que cambiar, sobre todo porque tiene que ser más rápido. Es por eso que varias disciplinas científicas se han reunido en Delft. Así también en la fase inicial, se miran los asuntos terrenales como los costos.
Otro desafío: se necesita una enorme cantidad de energía eléctrica para la refinación eléctrica, dice John van der Schaaf, profesor de ingeniería química en la Universidad Tecnológica de Eindhoven y que no participa en el proyecto. Si queremos llegar a la escala de una refinería, calcula, se necesitan decenas de gigavatios de potencia.
Creciente
Si la industria petroquímica quiere convertirse a tiempo en operaciones climáticamente neutras, cuanto antes esté disponible el equipo, mejor. Después de todo, la industria trabaja con enormes instalaciones que requieren miles de millones de dólares de inversión y que duran décadas. Cuanto antes se pueda electrificar una parte, mayor y más duradero será el efecto de las menores emisiones de CO2.
En los últimos años, los investigadores de Delft ya han podido aumentar la producción de sus reactores, con instalaciones cada vez más grandes. Ahora se enfrentan a un nuevo desafío: ¿cómo dar el salto al trabajo ‘real’? ¿Cómo se construye una fábrica de demostración real desde el laboratorio, o incluso una instalación completa?
“La ampliación a escala industrial es un territorio nuevo para nosotros”, dice Van Ommen. Los costos y riesgos aumentan con cada paso hacia la perfección tecnológica. La universidad no puede correr este riesgo. De hecho, aquí se deja el campo de la investigación fundamental, dice Van Ommen, y se entra en el campo del comercio. Por eso se ha buscado la colaboración del instituto de investigación TNO, que tiene experiencia en la mejora industrial y tiene una sucursal en el campus de Delft.
‘Examinamos el concepto completo juntos’, dice Martijn de Graaff, de la rama de investigación VoltaChem de TNO, que se especializa en electroquímica. ‘Solo diga desde la brillante idea de un investigador hasta una fábrica a escala industrial en funcionamiento que puede producir grandes volúmenes durante años’.
La fábrica
Para pasar de la primera idea a una fábrica se dan nueve pasos de perfección tecnológica, que nivel de preparación tecnológica (TRL) se llama. Los primeros cuatro pasos, desde la idea hasta las primeras pruebas a pequeña escala, se llevan a cabo en la TU Delft. Luego, TNO prepara la tecnología para el mercado (pasos cuatro a seis).
En el viejo mundo, cada paso más alto toma alrededor de cuatro años, dice De Graaff. Ese tiempo no está aquí. Para acelerar el desarrollo, los investigadores de varias etapas están trabajando juntos. De Graaff: ‘Nadie puede hacer todo este proceso solo. También debido a la urgencia, la investigación tiene que hacerse en paralelo.’
Los dos últimos pasos, la construcción de plantas químicas reales, debe realizarlos la propia industria. Pero el papel de TNO y TU Delft aún no ha terminado, piensa De Graaff. Él visualiza el surgimiento de una industria completamente nueva que desarrolla y produce estas instalaciones. Basta decir los okupas y fogones de hoy, pero eléctricamente. ‘Similar a ASML. Holanda tiene una pequeña industria de chips, pero con ASML es el líder del mercado mundial en el campo de las máquinas que producen chips. Tenemos una ventaja en el campo electroquímico, si jugamos así de bien, hay oportunidades.’
La industria
‘Si queremos mantener nuestro nivel de vida y otras partes del mundo también se vuelven más prósperas, la electrificación de la química es crucial’, dice el profesor Van der Schaaf. Es posible, dice: potencialmente hay suficiente energía sostenible disponible en todo el mundo para hacer que todos estos procesos sean más ecológicos. Van der Schaaf cree que es sensato abordar primero la rama de la energía de la química, porque esa es, con mucho, la mayor intensidad de CO2.
Esto también está sucediendo: alrededor de 2030, la primera fábrica piloto debería aparecer en el Botlek. Allí se fabricarán primero tres materias primas sostenibles de gran demanda: metanol, etileno y queroseno. Los clientes pueden utilizarlos en sus instalaciones termoquímicas existentes. Por lo tanto, la industria puede elegir qué ruta le resulta más interesante, dice De Graaff.
Incluso es posible que las materias primas básicas se produzcan en países con mucha energía sostenible, para ser transportadas desde allí a Rotterdam y utilizadas para fabricar productos útiles. Los primeros planes ya están ahí: la empresa de almacenamiento en tanques Vopak anunció recientemente que quiere construir instalaciones en el puerto para el almacenamiento de amoníaco producido de manera sostenible, un vector de energía potencialmente importante.
Química sin aceite
Si ya no se necesita petróleo, la apariencia del puerto de Rotterdam puede cambiar, dice el profesor Van der Schaaf. Supongamos, dice, que en el futuro la industria estará conectada a la columna vertebral del hidrógeno, un gran oleoducto que transporta hidrógeno verde desde la costa hacia el interior, o desde el norte de África hasta Europa. Entonces, la destilación del petróleo, tal como la conocemos ahora, podría ser superflua.
Debido a que los combustibles hechos de hidrógeno también son literalmente mucho más limpios, las instalaciones de desulfuración ya no son necesarias. Toda la cadena está cambiando, dice el profesor. Este es un desafío para la industria petroquímica, que incluso logra hacer un uso útil de productos de desecho como el alquitrán (“debemos encontrar una alternativa al asfalto”) y el fuel oil (“el último pozo de desechos”).
Es posible que parte de la industria se traslade a países con mucha energía sostenible y los productos se transporten luego a Róterdam por barco. Se desconoce si esto está sucediendo y a qué velocidad. Pero todos los procesos para hacer que la industria química sea más sostenible se han archivado, dice Van der Schaaf. Pero las inversiones son enormes. ‘Los costos son tan inmensos que en esta primera fase se observa un comportamiento de aversión al riesgo en las empresas. Nadie quiere apostar al caballo equivocado. Él piensa que el gobierno debería intervenir, por ejemplo, con subsidios del impuesto al CO2.
Si el desarrollo continúa, la apariencia del puerto de Rotterdam cambiará en las próximas décadas. O en la primavera de 2050, los padres con niños pequeños caminarán por el frondoso parque del puerto de Pernis, nadie lo sabe. Pero, según creen los investigadores, es una buena imagen a la que aspirar.
Surfeando las olas verdes
Otra diferencia entre lo antiguo y lo nuevo: la antigua industria petroquímica tiene solo dos modos: encendido y apagado. Y preferentemente encendido, las 24 horas del día, los 365 días del año. Entonces estas instalaciones funcionan de manera más eficiente. Pero si la electricidad es la principal fuente de energía en el futuro, habrá fluctuaciones en el suministro. A veces hay mucha energía verde ya veces poca. Con ‘mucho’ la luz sale barata, con poco sale cara. Las instalaciones eléctricas pueden moverse más fácilmente sobre las ondas de energía. “Estamos analizando el papel de un suministro de energía fluctuante”, dice Van Ommen. Jugando con la llamada intensidad del proceso, se pueden aprovechar de forma óptima los excedentes de energía baratos, mientras que en épocas de escasez y precios elevados, el botón se baja. ‘De esta manera haces que tu consumo de energía sea parte del modelo de ingresos’, dice el investigador.