H2GLASS: Descarbonització de la indústria del vidre i l’alumini mitjançant tecnologies d’hidrogen i sistemes avançats de gestió energètica

CLa demanda de vidre està en constant augment, atesa la seva reciclabilitat i el seu paper estratègic en el desenvolupament de materials sostenibles. No obstant això, els processos productius del sector es caracteritzen per una elevada intensitat energètica i unes emissions de carboni significatives, fet que representa un repte substancial per assolir els objectius de neutralitat climàtica establerts per la Unió Europea per a l’any 2050.

En aquest context, el projecte H2GLASS promou el desenvolupament de noves tecnologies orientades a facilitar l’adopció de combustió del 100% amb hidrogen en els processos industrials dels sectors del vidre i l’alumini. Aquesta transició cap a l’hidrogen verd permet una reducció significativa de les emissions de CO₂, sense augmentar les emissions contaminants com els òxids de nitrogen (NOx). La tecnologia prevista permetrà operar amb mescles de diferents concentracions d’H₂, sense impactar negativament en la qualitat del producte, la qual cosa proporciona una major flexibilitat operativa entre gas natural i electricitat.

La participació de CITCEA-UPC se centra en el desenvolupament d'algoritmes avançats d'optimització en temps real per a la gestió energètica de les instal·lacions industrials. A partir de dades històriques i en temps real procedents del procés de fabricació, de la generació local (fotovoltaica o cogeneració) i del mercat elèctric, es pot avaluar i quantificar la flexibilitat disponible per reduir costos operatius, minimitzar emissions i facilitar la prestació de serveis al sistema elèctric, com el suport de freqüència i tensió o la gestió de congestions.

CITCEA-UPC també duu a terme una activitat de recerca específica centrada en l’anàlisi de tecnologies de convertidors de potència aplicades a l’electròlisi. Aquesta tasca abasta un ampli ventall de topologies de convertidors, des de rectificadors convencionals fins a convertidors avançats, amb l’objectiu d’avaluar-ne l’impacte tant en l’eficiència i el comportament dinàmic del procés d’electròlisi com en el sistema elèctric. L’estudi examina com aquests convertidors influeixen en l’estabilitat operativa, la qualitat de la producció d’hidrogen i la resposta davant variacions de potència, alhora que analitza la seva capacitat per proporcionar serveis complementaris com el suport de freqüència, el suport de tensió i altres funcions de suport a la xarxa. Aquesta contribució pretén identificar els camins tecnològics òptims per a la integració de sistemes d’electròlisi a gran escala en xarxes elèctriques modernes amb elevats nivells de generació renovable.

A més, CITCEA-UPC ha desenvolupat una eina de disseny del sistema d’hidrogen. Utilitzant eines d’optimització, es dimensionen els actius del sistema (fotovoltaica, electrolitzador, tanc d’hidrogen, etc.) per minimitzar els costos segons l’operació. Partint de dades horàries al llarg d’un any del consum del procés de fabricació i preus del mercat elèctric i de gas natural, així com els preus de les diferents tecnologies, s’avalua la viabilitat tecnico-econòmica de l’hidrogen respecte a combustibles fòssils, incloent criteris ambientals i de seguretat en la operació.

Tot i que l’ús d’hidrogen està consolidat en determinades aplicacions industrials i es considera una opció energètica segura, l’escala industrialitzada del seu ús comporta reptes específics relacionats amb la seguretat, l’eficiència del procés, la gestió del subministrament i el control d’emissions. En aquest sentit, H2GLASS preveu la implementació de protocols de seguretat rigorosos, especificament dissenyats per garantir una manipulació i combustió segura de l’hidrogen, en alineació amb les directrius del Panell Europeu de Seguretat de l’Hidrogen. Així mateix, s’integraran bessons digitals per facilitar estratègies de manteniment predictiu basades en la gestió del risc.

Un dels objectius clau del projecte és garantir la transferibilitat de les tecnologies desenvolupades a altres indústries intensives en energia, com la de l’alumini. Ambdós sectors, vidre i alumini, comparteixen característiques tècniques similars en els seus processos productius, així com barreres comunes per a la integració de fonts d’energia alternatives als combustibles fòssils. Per aquest motiu, el projecte incorpora un demostrat industrial específic del sector de l’alumini.

Les solucions tecnològiques desenvolupades en el marc d’H2GLASS es validaran a través de sis pilots industrials: cinc en plantes de producció de vidre ubicades en diferents països europeus.

Consorci, pressupost i finançament

Coordinat per SINTEF ENERGY, H2GLASS està impulsat per 23 socis de 8 països europeus que representen institucions de recerca de la indústria del vidre i l’alumini.

El projecte compta amb un pressupost de 23.267.442 €, finançat pel pla HORIZON EUROPE 2021-2027, i té una durada de 5 anys (gener 2023-desembre 2027).