LIFE HI4S: innovación y sostenibilidad en la recuperación de energía para la industria siderúrgica
29/04/2025
La eficiencia energética y la descarbonización de la industria pesada son objetivos prioritarios dentro de la transición hacia un modelo económico sostenible. En este contexto, el proyecto europeo LIFE HI4S se erige como una solución innovadora para la recuperación y reutilización del calor residual en la industria siderúrgica. Este proyecto busca demostrar la viabilidad técnica y económica de una planta piloto diseñada para recuperar el calor de los gases de escape de un horno de arco eléctrico (EAF) y transformarlo en energía térmica y eléctrica.
Con LIFE HI4S, se pretende capturar y aprovechar el calor residual, mejorando la eficiencia del proceso y reduciendo la huella de carbono del sector.
“En el pasado, los humos de los hornos siderúrgicos se vertían directamente a la atmósfera sin ningún tipo de tratamiento. Fue en las décadas de 1960 y 1970 cuando se intensificaron las medidas de filtrado para reducir el impacto ambiental de estas emisiones. Ahora, nos encontramos en una nueva etapa en la que debemos ir más allá: no solo evitar la contaminación, sino también aprovechar la valiosa energía contenida en estos humos, que hasta ahora se ha desperdiciado. La recuperación de esta energía residual representa una oportunidad clave para mejorar la eficiencia y sostenibilidad de la industria siderúrgica”, ha declarado Daniel Bielsa, coordinador de tecnología en CIC energiGUNE.
Contexto y objetivos del proyecto LIFE HI4S
La industria del acero es una de las mayores consumidoras de energía a nivel mundial, siendo la industria que mas energía eléctrica consume en España, con un alto impacto en emisiones de gases de efecto invernadero. Gran parte de la energía utilizada en los procesos de producción del acero se disipa en forma de calor residual. Con LIFE HI4S, se pretende capturar y aprovechar esta energía, mejorando la eficiencia del proceso y reduciendo la huella de carbono del sector.
El proyecto, financiado por el programa LIFE de la Unión Europea, se desarrolla en la planta de ArcelorMittal en Sestao, España. Su objetivo principal es la instalación de un sistema de recuperación de calor residual directa a partir de los gases de escape de un EAF, utilizando tecnologías innovadoras como filtrado cerámico, almacenamiento térmico y conversión en energía eléctrica mediante un ciclo orgánico de Rankine (ORC).
Tecnologías clave implementadas
Filtrado cerámico de alta temperatura
Uno de los principales desafíos en la recuperación de calor en la industria siderúrgica es la alta cantidad de partículas en los gases de escape. El sistema de filtrado cerámico de alta temperatura incorporado en LIFE HI4S ha sido diseñado específicamente por Fivemasa y permite limpiar los gases sin comprometer la eficiencia del proceso, que supera el 99%. Gracias a este filtro, se pueden eliminar impurezas que podrían afectar el rendimiento de los intercambiadores de calor y el sistema ORC.
Almacenamiento de energía en materiales refractarios
El proyecto emplea escorias de acero tratadas como material de almacenamiento térmico (TES) en un diseño llevado a cabo por CIC energiGUNE. Este enfoque no solo optimiza el uso de la energía recuperada, sino que también promueve la economía circular al reutilizar residuos industriales como material de almacenamiento térmico. El sistema TES actúa como un buffer que permite gestionar la intermitencia de la generación de calor, mejorando la estabilidad y el aprovechamiento energético del proceso. En el marco del proyecto, con ayuda del centro de investigación metalúrgica Azterlan, se han desarrollado herramientas que permiten evaluar el comportamiento de este material o equivalentes durante toda su vida útil, de manera que puede optimizarse el diseño y conseguir un sistema de almacenamiento térmico de altas prestaciones a un coste muy reducido.
Generación de electricidad mediante ORC
El sistema de ciclo orgánico de Rankine (ORC) implementado en la planta piloto convierte el calor recuperado en electricidad. El equipo, diseñado por la empresa vasca Enerbasque, se distingue por el uso de un expansor de tornillo, una máquina de desplazamiento positivo derivada de compresores de tornillo modificados para funcionar en modo expansor. Esta adaptación proporciona robustez y fiabilidad, permitiendo la expansión incluso desde fase líquida y simplificando los algoritmos de control al requerir menos protecciones que otras tecnologías de expansión. Estos equipos, a diferencia de los ciclos de vapor convencionales, utilizan un fluido de trabajo con un punto de ebullición más bajo, lo que le permite generar energía incluso a temperaturas relativamente bajas. Esta electricidad puede ser utilizada dentro de la misma planta, reduciendo la dependencia de la red y mejorando la eficiencia global. Los ciclos ORC son especialmente atractivos para este tipo de aplicaciones dado que se adapta con facilidad a la dinámica cambiante de la fuente energética sin perjudicar sensiblemente a la eficiencia del equipo.
Combinando tecnologías innovadoras y con el uso de herramientas digitales, el proyecto demuestra que es posible reducir la huella de carbono y mejorar la competitividad de la industria sin comprometer la producción.
El papel del Gemelo Digital en LIFE HI4S
Para optimizar el rendimiento y facilitar la replicabilidad del sistema, CIC energiGUNE ha desarrollado un gemelo digital de la planta piloto. Esta herramienta ha permitido simular diferentes escenarios operativos y evaluar la eficiencia del sistema bajo distintas condiciones de trabajo. Gracias al modelado digital, se han podido tomar decisiones de diseño y realizar ajustes en tiempo real para maximizar la recuperación de energía antes de la implementación física de los cambios.
La ingeniería de la planta
En una instalación compleja que cuenta con varios modos de operación para optimizar su rendimiento es fundamental la realización de una buena ingeniería que saque el máximo rendimiento de los distintos componentes incorporando materiales de alto rendimiento y bajo coste. La realización de este diseño y la supervisión de la instalación ha sido llevada a cabo por la ingeniería gallega SDEA Solutions, que ha conseguido desarrollar con éxito la primera planta de recuperación directa de gases del EAF. “La cooperación entre todos los miembros de consorcio ha sido clave para conseguir un hito sin precedentes y confiamos en que el rendimiento de la planta convenza a las empresas siderúrgicas para considerar la tecnología dentro de sus nuevos planes de inversión”, ha comentado Julio Casal, ingeniero al cargo de la planta piloto en SDEA Solutions.
CIC energiGUNE ha desarrollado un gemelo digital de la planta piloto que ha permitido simular diferentes escenarios operativos y evaluar la eficiencia del sistema bajo distintas condiciones de trabajo.
Impacto ambiental y beneficios económicos
La implementación de LIFE HI4S en la industria siderúrgica puede traducirse en una reducción significativa del consumo energético y de las emisiones de CO2. Con una recuperación total de la energía de los humos EAF, entre los beneficios más destacados se incluyen::
- 50 GWh de reducción del consumo de energía primaria al año: Al recuperar y reutilizar el calor residual, se disminuye la cantidad de energía eléctrica que consume el EAF.
- 10 kton menos de emisiones de CO2 al año: La mejora en la eficiencia energética reduce la huella de carbono del proceso siderúrgico.
- Menores costos operativos: La generación de electricidad a partir de calor residual disminuye la dependencia de fuentes energéticas externas.
- Promoción de la economía circular: La reutilización de escorias de acero como material de almacenamiento térmico minimiza residuos y mejora la sostenibilidad del proceso.
Para certificar el impacto ambiental y los beneficios económicos de la tecnología la empresa italiana LCE Engineering está llevando a cabo un completo estudio LCA y LCC, que se hará público próximamente.
Escalabilidad y reproducibilidad del modelo
Uno de los principales objetivos del proyecto es demostrar la viabilidad de este sistema para su aplicación en otras acerías y sectores industriales con procesos de alta temperatura. La planta piloto de LIFE HI4S puede servir como modelo para futuras implementaciones en diferentes entornos industriales, adaptándose a las necesidades específicas de cada instalación. El equipo LIFE HI4S se encuentra actualmente desarrollando estudios de replicabilidad de la tecnología en otros sectores e industrias con casuísticas similares y los resultados son muy prometedores.
Conclusiones y perspectivas futuras
LIFE HI4S representa un avance clave en la eficiencia energética y sostenibilidad de la industria siderúrgica. A través de la combinación de tecnologías innovadoras y el uso de herramientas digitales, el proyecto demuestra que es posible reducir la huella de carbono y mejorar la competitividad de la industria sin comprometer la producción. En el futuro, la replicabilidad de este modelo en otras acerías y su adaptación a distintos sectores industriales podría marcar un punto de inflexión en la gestión energética de la manufactura pesada.
