Hibridar tecnologías y gestionar el calor para descarbonizar la industria

El proyecto HEAT4€, liderado por Tamoin y apoyado por el Gobierno Vasco y la Unión Europea a través del programa HAZITEK, investiga cómo integrar la recuperación de calor residual, las bombas de calor, el almacenamiento energético y la gestión digital para mejorar la eficiencia de los procesos industriales por debajo de 200 °C. El proyecto, que está previsto concluir en 2027, busca combinar estas tecnologías para aumentar la flexibilidad operativa y reducir los costes energéticos, con aplicaciones representativas de los sectores alimentario, papelero y químico.

La descarbonización de los procesos térmicos constituye uno de los retos pendientes de la transformación energética industrial. En sectores como el alimentario, el papelero y el químico, una parte importante de la energía consumida se destina a generar calor para procesos productivos que operan mayoritariamente por debajo de 200 °C. Electrificar esa demanda y aprovechar mejor la energía disponible son dos vías para reducir el consumo de combustibles fósiles, pero su aplicación requiere resolver cuestiones técnicas y económicas que van más allá de sustituir una fuente de calor por otra.

Recuperar esa energía no siempre resulta sencillo. Su nivel térmico puede ser insuficiente para utilizarla directamente en otros procesos, las fuentes de calor pueden estar dispersas por la planta y su disponibilidad depende del funcionamiento de los equipos productivos. Cuando, además, se trata de corrientes húmedas o con partículas, aparecen dificultades adicionales de integración y mantenimiento.

En este contexto se desarrolla HEAT4€, un proyecto de investigación industrial que persigue integrar tecnologías de recuperación térmica, electrificación y almacenamiento en sistemas energéticos coordinados. Su planteamiento parte de una idea: la eficiencia no depende únicamente del rendimiento individual de cada equipo, sino también de cómo se combinan las tecnologías, de cuándo se utiliza la energía y de la capacidad de adaptar el funcionamiento de la instalación a las condiciones reales de la fábrica.

Alaitz Ardanza, de Tamoin y project manager del proyecto, explica que la principal innovación no reside en desarrollar una tecnología completamente nueva, sino en “conseguir que soluciones ya conocidas, como bombas de calor, recuperación de calor residual y sistemas de almacenamiento, trabajen de forma conjunta dentro de procesos industriales reales”.

La iniciativa da continuidad al trabajo previo desarrollado en Beroa+, también liderado por Tamoin, y amplía la investigación hacia la hibridación tecnológica y la gestión inteligente de los sistemas térmicos. También participan ABC Compressors; Ekonek; Kuari Engineering Quality; Miesa; Sedical; Smurfit Westrock Nervión; Tecnalia; Ikergune; Abctech y BASQUENERGY Cluster.

HEAT4€ se centra principalmente en la valorización de calor residual de baja temperatura (por debajo de 200 °C), que es el más abundante en la industria, pero también el más difícil de aprovechar. Dentro de este rango, se están analizando especialmente gases de chimenea y corrientes de salida de procesos de secado, donde se combinan altas temperaturas con un elevado contenido de humedad.

Estas fuentes pueden contener no solo calor sensible, asociado a la temperatura de los gases, sino también calor latente vinculado al vapor de agua, que ofrece un potencial de recuperación energética mucho mayor si se emplean tecnologías adecuadas como la condensación profunda combinada con bombas de calor.

Sin embargo, su aprovechamiento presenta varias limitaciones importantes, como explica la responsable del proyecto: “El bajo nivel térmico hace que este calor no sea directamente reutilizable en muchos procesos industriales sin un incremento previo de temperatura”. También apunta a la dispersión de las fuentes dentro de la planta, la variabilidad temporal de los flujos y la presencia de humedad o partículas como factores que complican su recuperación.

Todo ello hace necesario recurrir a soluciones avanzadas de hibridación, especialmente con bombas de calor, para poder convertir este tipo de calor residual en un recurso energético útil dentro de la planta.

El proyecto analiza configuraciones híbridas de bomba de calor, combinando tanto tecnologías de compresión mecánica como bombas de calor accionadas térmicamente (absorción), con el objetivo de adaptarse a diferentes condiciones de proceso y maximizar el aprovechamiento del calor residual disponible.

En el caso de las bombas de calor de compresión, el enfoque se centra en su integración con sistemas como la recompresión mecánica de vapor (MVR) o termocompresión, lo que permite trabajar en esquemas más eficientes cuando se dispone de corrientes con alto contenido de vapor. Este tipo de configuraciones resulta especialmente interesante en procesos industriales donde ya existe generación o uso de vapor, facilitando su integración sin necesidad de modificar completamente la infraestructura existente.

Por otro lado, también se están evaluando bombas de calor accionadas térmicamente, que permiten aprovechar fuentes de calor residual como energía de entrada, lo que puede resultar ventajoso en entornos donde la disponibilidad de electricidad es limitada o donde se busca una mayor integración con otros flujos térmicos del proceso. Estas configuraciones están siendo analizadas a nivel de rangos de operación, temperaturas de activación y condiciones de integración con sistemas de generación de vapor.

Desde el punto de vista de resultados, en aplicaciones reales vinculadas a procesos de secado se ha demostrado la capacidad de estas soluciones para elevar la temperatura del calor recuperado hasta rangos de 90–120 °C, incluso cuando los retornos térmicos del proceso se sitúan en valores relativamente elevados, del orden de 60–70 °C. Esto es especialmente relevante, ya que amplía significativamente el rango de reutilización del calor dentro de la planta.

En paralelo, se están sentando las bases técnicas para configuraciones más avanzadas orientadas a la generación directa de vapor industrial, aunque en este caso los desarrollos se encuentran todavía en fase de definición y validación experimental. Esto implica analizar limitaciones térmicas, rangos operativos y condiciones de integración para asegurar su viabilidad en entornos industriales reales.

En conjunto, el trabajo no se limita a evaluar equipos de forma aislada, sino que busca definir configuraciones completas de sistema, donde las bombas de calor se integran con otras tecnologías de revalorización y almacenamiento, maximizando así su impacto en términos de eficiencia energética y descarbonización.

El almacenamiento juega un papel central en la gestión de la flexibilidad energética de la planta, ya que permite desacoplar la generación y el consumo de energía, facilitando una operación más eficiente y adaptable a distintas condiciones.

HEAT4€ investiga varias alternativas de almacenamiento con características y niveles de madurez diferentes. Una de ellas es el almacenamiento termoquímico, o TCM, aplicado al rango de 80 a 200 °C. “Aunque aún en fase de desarrollo, ofrece un potencial significativo para almacenar energía térmica con alta densidad, especialmente en procesos que requieren estabilidad térmica a largo plazo”, asegura Alaitz Ardanza.

Otra línea de investigación se dirige a la refrigeración industrial. El proyecto estudia un sistema de almacenamiento en frío mediante (PCM), que permite gestionar la demanda de frío, definiendo modos de operación de carga y descarga y trabajando en distintos niveles térmicos (como -9 °C y -20 °C), lo que facilita su adaptación a diferentes procesos industriales.

Finalmente, se está investigando el almacenamiento en aire comprimido, concebido como “una herramienta para aportar flexibilidad a los procesos industriales”, asegura Ardanza. Su objetivo es permitir una gestión más eficiente del consumo eléctrico asociado a estos sistemas, desplazando su uso en el tiempo en función de las necesidades de la planta y de las condiciones energéticas.

En conjunto, estas soluciones permiten que la planta pueda ajustar su comportamiento energético, no solo en función de la demanda interna, sino también teniendo en cuenta factores externos, lo que contribuye a mejorar la eficiencia y a reducir los costes operativos.

La plataforma HEAT4€ actúa como el núcleo digital del sistema energético, integrando en un único entorno los datos de planta, los modelos energéticos y las herramientas de optimización. “Su objetivo es permitir una gestión inteligente de los activos energéticos, no solo monitorizando su comportamiento, sino anticipando y optimizando su operación”.

Su funcionamiento se basa en una arquitectura por capas. En primer lugar, recoge datos tanto de la planta —procedentes de equipos y sistemas energéticos— como de fuentes externas relevantes, como precios de la electricidad o datos meteorológicos. Esta información se centraliza en una base de datos de series temporales, preparada para trabajar con datos históricos, en tiempo real y predicciones.

Sobre esta base, la plataforma incorpora modelos predictivos de demanda energética y de evolución del mercado eléctrico, junto con modelos de comportamiento de las distintas tecnologías del sistema. “Esto permite no solo analizar el estado actual, sino anticipar cómo evolucionarán las condiciones de operación”, amplía la responsable del proyecto.

Durante 2025 se avanzó en la definición de la arquitectura conceptual y en el desarrollo de la infraestructura base. Según detalla Ardanza, se diseñó un entorno modular y escalable basado en contenedores que permite integrar de forma estructurada los distintos servicios de datos, modelos y optimización. Además, se ha implementado una base de datos de series temporales (InfluxDB) para la gestión de datos históricos y en tiempo real, junto con mecanismos para la ejecución automática de modelos predictivos y de optimización.

La plataforma contempla dos funciones principales. Por un lado, un gestor energético que optimiza la operación de los activos según la demanda, los costes energéticos y la disponibilidad de recursos. Por otro, un optimizador de diseño que permite comparar configuraciones y dimensionar tecnologías con criterios técnicos y económicos.

“Su principal valor es que actúa en dos niveles: mejora la operación diaria de la planta y, al mismo tiempo, facilita el diseño de sistemas energéticos más eficientes y flexibles, integrando todas las tecnologías dentro de una estrategia común de descarbonización”, señala la project manager de HEAT4€.

Uno de los principales retos está en la integración conjunta de varias tecnologías dentro de una misma planta. El proyecto trabaja con soluciones combinadas de recuperación de calor residual, bombas de calor, almacenamiento energético y herramientas de gestión avanzada. Eso genera interacciones entre equipos y sistemas que no se dan en configuraciones industriales convencionales y obliga a analizar con detalle tanto el dimensionado como la forma de operarlos de manera coordinada.

A esto se suma la propia naturaleza del entorno industrial, donde las condiciones reales no son estables. Un reto importante es la variabilidad de las demandas energéticas y de los calores residuales disponibles, algo especialmente relevante cuando se trabaja con gases de chimenea o con procesos de secado. Esa variabilidad dificulta definir una solución estándar y obliga a estudiar el comportamiento de los sistemas en distintas condiciones de operación, incluyendo arranques, cambios de carga y transitorios.

Otro reto relevante es que no existe una solución única aplicable a todas las plantas. Por eso, una parte importante del trabajo consiste en adaptar las tecnologías y su hibridación a casos de uso concretos, especialmente en sectores como el alimentario, el papelero o el químico.

También aparecen retos ligados a la madurez desigual de algunas tecnologías. Esto hace necesario combinar modelización, ensayos de laboratorio y validación progresiva antes de plantear su integración a escala industrial.

Además, la integración no es solo tecnológica, sino también digital y operativa. Para que estas soluciones funcionen de forma eficiente, es necesario disponer de datos fiables de proceso, previsiones de demanda y señales de mercado bien integradas. Puede haber dificultades asociadas a la recogida, estructuración y explotación de datos, así como a la necesidad de desarrollar herramientas capaces de unificar esa información y convertirla en decisiones operativas útiles.

En conjunto, el gran reto no está únicamente en que cada tecnología funcione por separado, “sino en conseguir que todas ellas operen de forma coordinada, flexible y adaptada a las condiciones reales de una planta industrial", resume Ardanza.

"El gran reto no está únicamente en que cada tecnología funcione por separado, sino en conseguir que todas operen de forma coordinada, flexible y adaptada a las condiciones reales de una planta industrial", señala Alaitz Ardanza

HEAT4€ estima que la optimización conjunta de la recuperación de calor, la electrificación mediante bombas de calor, el almacenamiento y la gestión inteligente podría reducir el consumo energético entre un 15 % y un 25 %,  según el sector y  los procesos concretos.

HEAT4€ estima que la optimización conjunta de la recuperación de calor, la electrificación mediante bombas de calor, el almacenamiento y la gestión inteligente podría reducir el consumo energético entre un 15 % y un 25 %, en función del sector y de los procesos concretos.

Más allá del ahorro directo, una parte importante del impacto se encuentra en la reducción de costes operativos asociada a una mejor gestión de la energía. Las soluciones desarrolladas permiten adaptar el consumo a las condiciones del mercado eléctrico, aprovechar excedentes energéticos y optimizar el uso de los recursos disponibles en cada momento. Los resultados específicos por sector —alimentario, papelero o químico— se están analizando dentro del proyecto y se concretarán en fases posteriores de validación.

El proyecto contempla asimismo un potencial de reducción de emisiones de CO₂ de entre el 5 % y el 10 % en procesos térmicos industriales. Estas estimaciones se basan en la combinación de varias actuaciones: recuperar y reutilizar calor que actualmente se pierde, sustituir parte del consumo térmico convencional por tecnologías más eficientes como bombas de calor y mejorar la forma en la que se gestiona la energía en planta mediante almacenamiento y optimización.

Como concluye Alaitz Ardanza, “las soluciones están diseñadas para ser altamente replicables, especialmente en sectores como el alimentario, papelero y químico. El uso de modelos y herramientas de optimización facilita su adaptación a distintas plantas, aunque cada implementación requiere ajustes específicos”.