El sector farmacéutico se encuentra en la vanguardia de la eficiencia energética, pero se plantea la necesidad de certificaciones específicas para los procesos químicos. Descubre cómo las plantas de producción están adaptándose a esta creciente demanda.
Por esta razón, el sector industrial en general ya ha empezado a adaptarse a este nuevo contexto mundial, y cada vez es más habitual que en los proyectos de ingeniería aparezcan estos conceptos de sostenibilidad y eficiencia energética.
En el sector de la construcción ya han aparecido una serie de certificaciones energéticas, como pueden ser la LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) o la BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Methodology), que otorgan diferentes niveles de certificación en base a una serie de parámetros muy orientados al edificio y, de manera más secundaria, al consumo de las energías que requiera el propio edificio y, de manera muy genérica, al proceso productivo. Y esto haciéndolo desde una fase inicial del proyecto de ingeniería incluyendo la fase de construcción.
Todo esto está muy bien para edificios industriales, pero nadie habla de certificaciones energéticas de los procesos productivos cuando precisamente estos son los que generan más impacto ambiental. Es verdad que existen las denominadas Mejores Técnicas Disponibles vinculadas a directivas europeas, pero son documentos muy genéricos, algunos de ellos en fase de borrador y no dedicados a la certificación energética.
Entonces, puede darse el caso de que una planta industrial tenga una certificación LEED Platinum del edificio, pero que al mismo tiempo este edificio albergue un proceso productivo que derroche energía por un diseño poco eficiente o, directamente, por un mal uso por parte del explotador de la planta.
Podemos entrar en detalle con un ejemplo práctico de diseño eficiente para las plantas de química fina farmacéutica, que son las que producen los principios activos farmacéuticos (Active Pharmaceutical Ingredients, API).
Los API se crean mayoritariamente en reactores discontinuos de tanque agitado, mediante reacciones de síntesis orgánica en un medio orgánico. Estas reacciones se realizan a presión atmosférica y a reflujo. Esto quiere decir que la masa reactiva está en ebullición, generando una fase vapor que se condensa y retorna al reactor. Es muy típico que los condensadores estén sobredimensionados y que no haya ningún control del líquido de refrigeración que se suministra al condensador. De esta manera, es muy probable que el condensador, aparte de condensar el vapor para obtener la fase líquida, también subenfríe el líquido antes de retornarlo al reactor. El hecho de refluir el condensado subenfriado hace que el aporte térmico del reactor tenga que ser superior al del caso en que se retorne el líquido sin subenfriar. De esta manera, estamos derrochando energía térmica tanto en el reactor como en el condensador. Una auténtica ineficiencia térmica muy extendida en las plantas API.
Es por eso por lo que, en los últimos proyectos, CPQ-Ekium proponemos medir la temperatura de los condensados y controlarla actuando sobre una válvula de control que regule el aporte de fluido refrigerante al condensador. El punto de consigna de temperatura de los condensados se fijaría en función de la temperatura de los vapores que van al condensador. Si fijamos la consigna de temperatura como valor igual al de temperatura de los vapores, podemos decir que vamos a nivel cero de subenfriamiento. No obstante, para asegurar una buena condensación, es interesante marcar algún grado de subenfriamiento.
En el momento de pasar de reacción a reflujo a concentración del API por evaporación, el nivel de subenfriamiento del condensado que ya no retorna al reactor y que va al tanque de destilados, se podría aumentar para poder gestionar este residuo líquido a una temperatura más baja y apta para el trasiego.
Si hablamos de un mal uso de planta a nivel energético, podemos plantear una situación también en la industria API, en este caso centrado en los procesos de enfriamiento de los reactores.
Una vez finalizada la reacción y concentración del API por destilación simple, es necesario enfriar el proceso para poder cristalizar el API. Para este objetivo, una planta eficientemente diseñada tiene fluidos refrigerantes disponibles a diferentes temperaturas. Estos fluidos se pueden agrupar en dos tipos según la tecnología de generación:
Sin entrar en más detalles sobre estos dos tipos de generador, es totalmente conocido que el consumo energético eléctrico del primer caso, para una determinada transferencia de calor al exterior, es inferior al del segundo. Es decir, la generación de agua de torre es más barata energéticamente hablando que en el caso de grupo de frío. Por esta razón, los reactores disponen de diferentes fluidos refrigerantes, para usar primero los generados con torre de refrigeración y, cuando la temperatura del proceso se acerca a la del fluido refrigerante, se pasa al uso del fluido generado por grupo de frío.
A pesar de este buen diseño, es típico que, para poder ganar tiempo en el enfriamiento, los usuarios de planta empiecen a utilizar el fluido más frío y caro desde el inicio, generando un coste energético superior al que se tendría si se utilizaran los diferentes fluidos tal como está diseñado.
Para evitar estas malas prácticas que afectan a la eficiencia energética, una opción es realizar ciertas restricciones en la función de enfriamiento programadas en el controlador lógico programable, que no permita la entrada de fluido del grupo de frío hasta que el reactor no alcance una determinada temperatura.
Todos estos conceptos, tanto en diseño como en uso de planta, hace años que en CPQ-Ekium vamos incorporando en nuestros proyectos, pero es algo implícito en nuestro trabajo que no se destaca ni se certifica, a pesar de ser una parte muy importante del consumo de una planta. No obstante, en los recientes proyectos hemos explicitado en un documento todas estas buenas prácticas de eficiencia energética tanto en diseño como en uso de la planta.
Después de la exposición de este artículo y ya para finalizarlo acabo lanzando una pregunta al aire: ¿Sería buena idea crear certificaciones energéticas para procesos químicos de determinados sectores?