VIABILIDAD TÉCNICA DE LA PRODUCCIÓN Y USO DE HIDRÓGENO EN EMPRESAS CERÁMICAS

VIABILIDAD TÉCNICA DE LA PRODUCCIÓN Y USO DE HIDRÓGENO EN EMPRESAS CERÁMICAS 008

1 RESUMEN... 4 ANTECEDENTES... 4 3 ANÁLISIS DE LAS TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO... 5 3.1 PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO... 5 3.1.1 Hidrógeno a partir de combustibles fósiles.... 5 3.1. Hidrógeno a partir de biomasa... 6 3.1.3 Hidrógeno a partir de la electrólisis del agua.... 7 3.1.4 Biofotólisis.... 8 3.1.5 Termólisis.... 8 3.1.6 Fotoelectrólisis... 9 3.1.7 Hidrógeno como subproducto de procesos industriales.... 9 3. ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO.... 10 3..1 Hidrógeno gaseoso.... 10 3.. Hidrógeno líquido.... 10 3..3 Hidrógeno en compuestos sólidos.... 11 4 CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA Y AMBIENTAL DE LAS INSTALACIONES DE ATOMIZACIÓN DEL SECTOR DE FABRICACIÓN DE BALDOSAS CERÁMICAS... 13 4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE BALDOSAS CERÁMICAS... 13 4. EMPLEO DE SISTEMAS DE COGENERACIÓN EN EL PROCESO PRODUCTIVO... 14 4.3 CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA DE LAS EMPRESAS DEL SECTOR CERÁMICO... 17 4.3.1 Empresas fabricantes de polvo atomizado... 17 4.3. Empresas fabricantes de baldosas cerámicas... 18 5 ANÁLISIS DE LAS TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN TÉRMICA MEDIANTE HIDRÓGENO PURO Y EN MEZCLA CON GAS NATURAL.... 18 5.1 LA COMBUSTIÓN EN LA INDUSTRIA CERÁMICA... 18 5.1.1 Atomización... 18 5.1. Secado... 19 5.1.3 Cocción... 0 5. PROPIEDADES DEL HIDRÓGENO COMO COMBUSTIBLE... 1 5.3 ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN... 5.4 SUSTITUCIÓN DEL GAS NATURAL POR HIDRÓGENO EN LA INDUSTRIA CERÁMICA... 4 5.4.1 Características de las llamas... 6 5.4. Quemadores de hidrógeno... 7 6 RESUMEN Y CONCLUSIONES... 30 7 BIBLIOGRAFÍA... 3

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas 1 RESUMEN El hidrógeno es el elemento químico más ligero de la tabla periódica. Es muy abundante en la naturaleza, pero no en estado libre. Habitualmente, se encuentra asociado a otras estructuras (hidrocarburos, agua, materia orgánica), por lo que para su obtención es necesario un proceso previo. Una vez en estado puro, el hidrógeno puede almacenarse y ser utilizado posteriormente para generar energía térmica o eléctrica cuando se requiera. Por esta razón, se le denomina vector energético. El hidrógeno es un gas combustible que reacciona fácilmente con oxígeno, desprendiendo únicamente vapor de agua. Actualmente, la mayor parte del hidrógeno que se produce a nivel mundial se obtiene a partir de combustibles fósiles, proceso que genera la emisión de dióxido de carbono. Otro proceso muy conocido es la obtención de hidrógeno mediante la electrólisis del agua. Este proceso requiere energía eléctrica, y produce dos gases limpios: hidrógeno y oxígeno. La manera más sostenible de emplear el hidrógeno como fuente de energía es obtenerlo a partir de fuentes renovables, como la energía solar, la energía eólica, biomasa, etc. De este modo, se reduce la dependencia de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural, principalmente), y se evita la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera. En este documento, se realiza un breve repaso de las diferentes tecnologías de producción y almacenamiento de hidrógeno. A continuación se muestran diferentes situaciones existentes en las empresas de fabricación de gránulo atomizado y baldosas cerámicas, desde el punto de vista de los consumos de energía, con vistas a analizar las posibilidades de incorporar las tecnologías del hidrógeno a las instalaciones Finalmente se analizan las posibilidades de utilizar hidrógeno como fuente de energía térmica en los quemadores de las diferentes máquinas térmicas utilizadas en el proceso de obtención de baldosas cerámicas. ANTECEDENTES El ITC, junto al ITE, ha participado en la ejecución del proyecto Reducción del coste energético en empresas con cogeneración mediante la generación de hidrógeno. Este proyecto se presentó al Programa de Fomento de Investigación Técnica (Profit) en el año 006 y que tiene una duración de años. El proyecto ha sido coordinado por el ITE. El principal objetivo del proyecto es estudiar la viabilidad técnica y económica de producir y/o utilizar hidrógeno en empresas del sector cerámico, especialmente en aquellas que posean en sus instalaciones algún sistema de cogeneración. En este informe se muestra parte del trabajo realizado en el marco del citado proyecto, y se elabora con el objetivo de difundir los resultados obtenidos entre las empresas del sector cerámico. 4 4 ITC-AICE, 008

3 ANÁLISIS DE LAS TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO. 3.1 Producción de hidrógeno Las diferentes vías de producción del hidrógeno quedan representadas en el siguiente diagrama: Energía Nuclear Figura 1: Diferentes líneas de producción de hidrógeno. Se puede obtener hidrógeno a partir de diferentes fuentes, entre las que se encuentran los combustibles fósiles, el agua y la biomasa. 3.1.1 Hidrógeno a partir de combustibles fósiles. Los procesos de obtención de hidrógeno a partir de combustibles fósiles se basan en la generación de un gas de síntesis, que es una mezcla de CO e H. Tras esta primera etapa, se elimina el CO de la mezcla. Estos procesos son, principalmente, dos: reformado con vapor (steam reforming) y oxidación parcial (partial oxidation). El proceso de reformado con vapor se realiza, mayoritariamente, con gas natural. El proceso consiste en una conversión catalítica del hidrocarburo en presencia de vapor de agua sobrecalentado. La reacción es endotérmica, y se produce a unos 900 ºC y una presión de 0 bar. Las reacciones que tienen lugar son:

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas CH 4 + H O CO + 3H CO + H O CO + H En el proceso de oxidación parcial, la reacción principal consiste en la combustión incompleta, en presencia de vapor de agua, de cualquier sustancia que contenga carbono orgánico. Suele realizarse a partir de hidrocarburos pesados. Las reacciones que se producen pueden representarse, de manera general, del siguiente modo: C C n n H H m m n m + O nco + H m + nho nco + + n H Si partimos del gas natural, se puede obtener hidrógeno mediante tres procesos químicos diferentes: SMR (Steam Methane Reforming) o Reformado con vapor, POX (Partial Oxidation) u oxidación parcial y ATR (Autothermal Reforming) o reformado autotérmico. En la siguiente tabla se resumen las ventajas e inconvenientes de estos métodos: Tecnología Reformado con vapor Oxidación parcial Ventajas Eficiencia Emisiones Coste de unidades grandes Tamaño Coste de unidades pequeñas Sistema simple Desventajas Sistema complejo Eficiencia, Calidad H Tabla : Comparación de los métodos de obtención de hidrógeno a partir de combustibles fósiles. La producción de hidrógeno a partir de carbón se realiza mediante una variedad de procesos de gasificación (p.e. lecho fijo, lecho fluidizado, etc.). Es un proceso más complejo comparado con la producción de hidrógeno a partir de gas natural y el coste del hidrógeno es más elevado. En todos los procesos de obtención de hidrógeno a partir de combustibles fósiles, el dióxido de carbono es el gas de escape. Para obtener una producción sostenible de hidrógeno, el CO debe ser capturado y almacenado, para lo que se utilizan diferentes procesos. 3.1. Hidrógeno a partir de biomasa El proceso de gasificación de la biomasa consiste en someter la biomasa a un proceso de combustión incompleta, del cual se obtiene un gas combustible, con mayor o menor poder calorífico en función del agente oxidante utilizado (aire, oxígeno o vapor de agua). El gas producido está compuesto principalmente, por metano, monóxido de carbono e hidrógeno, (y otros componentes que dependen del comburente empleado), y puede utilizarse en motores de combustión interna y turbinas de gas para producir energía mecánica y eléctrica. Otra alternativa es separar los diferentes componentes del gas de síntesis, de modo que se obtiene hidrógeno, que puede utilizarse en pilas de combustible para generar electricidad. 6 6 ITC-AICE, 008

El suministro de biomasa consiste en productos no refinados y de baja calidad y los métodos de producción varían según el tipo de cultivo, la localización y los cambios climáticos, por lo que hay mucho que mejorar: a) Preparación de la biomasa: Identificación de las características que permitirán desarrollar la tecnología adecuada a las mismas. b) Gasificación de la biomasa. c) Manejo y limpieza del gas obtenido. 3.1.3 Hidrógeno a partir de la electrólisis del agua. La electrólisis del agua es un proceso que consiste en descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno mediante la aplicación de energía eléctrica. Los equipos usados para la electrólisis se denominan electrolizadores, y se clasifican según el electrolito empleado. Los métodos básicos para obtener hidrógeno a partir de la electrólisis del agua son la electrólisis alcalina, la electrólisis con electrolito de membrana polimérica (PEM) y la electrólisis a alta temperatura. Las diferencias fundamentales entre los distintos electrolizadores son los materiales de las membranas y los catalizadores usados, así como las distintas reacciones químicas que se producen en ellos para la obtención del hidrógeno, y las características físicas de funcionamiento, como la temperatura y presión de operación, el consumo energético y la eficiencia. a) Electrólisis alcalina. El electrolito empleado tradicionalmente ha sido una solución acuosa de hidróxido de potasio (KOH), de 0-30% para una óptima conductividad y resistencia a la corrosión del acero inoxidable. Las temperaturas de operación típicas son de 70-100 ºC y el rango de presiones es de 1-30 bares. Existen dos tipos de celdas: monopolar y bipolar. En las celdas monopolares los electrodos son positivos o negativos, mientras que las celdas bipolares tienen electrodos que son positivos en un lado y negativos en el otro. Una de las ventajas de la celda bipolar es que puede operar a altas presiones (hasta 30 bares), y por tanto se reduce el trabajo de compresión necesario para almacenar el hidrógeno gaseoso. Las reacciones que tienen lugar en la celda de electrólisis alcalina son las siguientes: Electrolito Cátodo Ánodo Total 4H 4OH H 4H + O 4H + 4e H O O O + H + + H + 4OH O + 4e La figura siguiente representa el proceso de la electrólisis alcalina:

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas Figura 3: Diagrama de proceso de la electrólisis alcalina. Fuente: Ref. [] b) Electrólisis con electrolito de membrana polimérica (PEM). En este tipo de electrolizador, el electrolito empleado es una membrana de material polimérico ácido y las presiones que se alcanzan son de unos cuantos cientos de bares. La desventaja de este método es la vida limitada de la membrana y su elevado coste. Las principales ventajas son una mayor seguridad, al no emplear un electrolito de KOH y una densidad de corriente y presiones mayores. Las reacciones que tienen lugar son: Ánodo Cátodo + H O H + 1 O + H + e H + e c) Electrólisis a alta temperatura. La electrólisis de alta temperatura se basa en la tecnología de las pilas de combustible de alta temperatura. La energía eléctrica necesaria para descomponer el agua a 1000 ºC se reduce considerablemente comparada con la producción de hidrógeno a 100 ºC. Por tanto, la electrólisis de alta temperatura se puede incluir en procesos en los que el calor residual generado se pueda emplear para la electrólisis del agua aumentando la eficiencia global del proceso considerablemente. La tecnología típica es la celda de combustible de óxido sólido (SOFC). La temperatura de operación es de 700-1000ºC. A estas temperaturas las reacciones en los electrodos son más reversibles y la reacción de la celda de combustible se puede invertir más fácilmente a una reacción de electrólisis. 3.1.4 Biofotólisis. La cianobacteria y las algas verdes pueden producir hidrógeno utilizando únicamente luz solar, agua e hidrogenasa. Se han identificado más de 400 variedades de plantas primitivas candidatas para producir hidrógeno y actualmente, esta tecnología está en periodo de investigación y desarrollo. 3.1.5 Termólisis. La descomposición termolítica del agua separa el hidrógeno y el oxígeno de la misma mediante calor a alta temperatura. Este método se propone en el contexto de los reactores nucleares avanzados y para reducir la temperatura (a 3000 ºC se descompone el 10% de agua) se proponen diferentes métodos (ciclos termoquímicos, sistemas híbridos de descomposición térmica y electrolítica, descomposición catalítica directa del agua con separación con una 8 8 ITC-AICE, 008

membrana cerámica y descomposición plasma-química del agua en un ciclo de CO de doble etapa) con los que se espera obtener eficiencias superiores al 50%. 3.1.6 Fotoelectrólisis. La fotoelectrólisis del agua consiste en emplear luz para descomponer directamente el agua en hidrógeno y oxígeno. En este método se acoplan sistemas fotovoltaicos, para la obtención de electricidad, y de electrolito, para la obtención de hidrógeno. Una alternativa más avanzada es la fotoelectrólisis directa, en la que se combinan ambos procesos en un solo dispositivo. 3.1.7 Hidrógeno como subproducto de procesos industriales. Algunos procesos industriales generan hidrógeno como subproducto que suele ser utilizado para calentar quemándolo junto con gas natural. En estos casos sería necesario acondicionar el gas para su uso posterior.

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas 3. Almacenamiento de hidrógeno. Las distintas técnicas de almacenamiento del hidrógeno se clasifican según el estado, gaseoso, líquido o sólido, en el que éste es almacenado. El hidrógeno contiene más energía por unidad de masa que cualquier otra sustancia, pero, al ser el elemento más ligero, tiene muy poca energía por unidad de volumen. Esto hace que se necesiten tanques de gran volumen muy grandes o muy presurizados para su almacenamiento. En la siguiente tabla se muestran la temperatura crítica y la presión crítica, tanto del gas natural como del hidrógeno. En esta tabla, el gas natural se ha considerado compuesto únicamente por gas metano. La temperatura crítica es la temperatura límite para la licuación de un gas. Por encima de esta temperatura es imposible licuar un gas, aunque se le someta a enormes presiones. La presión crítica es la más alta presión en la que un material puro puede existir como gas en equilibrio con su líquido a temperatura crítica. Tabla 1. Temperatura y presión crítica del gas natural y el hidrógeno Combustible Temperatura crítica (ºC) Presión crítica (bar) Gas natural -8.6 46 Hidrógeno -40. 13 3..1 Hidrógeno gaseoso. La forma más común de almacenar el hidrógeno gaseoso es en tanques de acero (0 MPa), aunque son cada vez más habituales los tanques fabricados con materiales ligeros, cuya principal ventaja es el bajo peso, diseñados para soportar altas presiones (80 MPa). Otra alternativa es el hidrógeno gaseoso enfriado hasta temperaturas cercanas a la criogenia o criogas. Los inconvenientes principales son el elevado coste, el volumen físico y la necesidad de comprimir el gas a altas presiones, así como algunos temas relacionados con la seguridad que no han sido subsanados todavía. Según el material del tanque y las presiones que soportan, se clasifican en cuatro categorías distintas, pudiendo llegar a trabajar con presiones de hasta 300 bares los de tipo I y II y previsiones de hasta 700 bares para los tipos III y IV a bordo de un vehículo y 880 bares en aplicaciones estacionarias. 3.. Hidrógeno líquido. Para almacenar hidrógeno líquido, lo más habitual es enfriarlo hasta temperaturas criogénicas (-53 ºC), aunque también se puede almacenar como constituyente en soluciones líquidas. En el caso del hidrógeno líquido criogénico, el aislamiento térmico es la parte fundamental de la tecnología de los tanques de almacenamiento, formados por varias capas de vacío separadas por capas de fibras. Si se usan soluciones de borohidruro de sodio para almacenar hidrógeno tenemos como principal ventaja que la generación de hidrógeno en el vehículo es segura y está controlada. También pueden usarse líquidos orgánicos recargables, como el metilciclohexano y el tolueno, aunque presentan grandes riesgos de seguridad y toxicidad. 10 10 ITC-AICE, 008

3..3 Hidrógeno en compuestos sólidos. El método se basa en que determinados metales y aleaciones tienen la propiedad de formar hidruros metálicos con el hidrógeno que suelen ser compuestos no estequiométricos. Casi todos los hidruros se preparan calentando moderadamente el hidrógeno con el metal a presión elevada. A temperaturas altas se libera el hidrógeno del hidruro. Los cuatro grupos principales de materiales adecuados para el almacenamiento de hidrógeno son carbón y otros materiales con gran área superficial, hidruros H O químicos reactivos, hidruros termoquímicos e hidruros recargables. Las nanociencias y nanotecnologías tienen su campo de aplicación, en relación con el almacenamiento, tanto en los materiales que absorben en su seno el hidrógeno disociado en estado atómico, como en los materiales que lo adsorben en sus superficies libres. Las nanociencias persiguen el desarrollo de materiales nanoestructurados de bajo peso, gran porosidad, elevada superficie específica, facilidad en la deserción y adsorción rápida, con propiedades funcionales adaptables en cada caso a los requerimientos de las aplicaciones previstas, y con larga vida útil en términos de ciclos de carga y descarga. A continuación se presentan las ventajas y desventajas más importantes de los distintos métodos de almacenamiento de hidrógeno.

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas Tecnología de almacenamiento de H Tanques de gas comprimido Tanques de hidrógeno líquido Estructuras de carbón Hidruros metálicos Hidruros químicos Beneficios Ampliamente desarrollado y disponible con presiones de hasta 00 bar; puede tener un coste bajo. Ampliamente desarrollada y con una buena densidad de almacenamiento. Permite una mayor densidad de almacenamiento; barato. Disponible alguna tecnología; almacenamiento en estado sólido; se puede realizar de diversas maneras; los efectos térmicos se pueden emplear en otros subprocesos; muy seguro. Las reacciones reversibles de formación de hidruros son ampliamente conocidas, p.e. NaBH; compacto. Obstáculos Únicamente una pequeña cantidad de hidrógeno puede almacenarse a 00 bar; la densidad de almacenamiento de energía a elevadas presiones (700 bar) es comparable a la del hidrógeno líquido; el almacenamiento a elevadas presiones todavía está en fase de desarrollo. Las bajas temperaturas requieren que el tanque sea hermético; elevado coste; pérdidas de hidrógeno por evaporación; energía requerida para la obtención de hidrógeno líquido. No está totalmente desarrollado. Se puede degradar con el tiempo; coste elevado. Manejo y tratamiento de los productos residuales; requerimientos en infraestructuras. Tabla 3: Comparación de las tecnologías de almacenamiento de hidrógeno. 1 1 ITC-AICE, 008

4 CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA Y AMBIENTAL DE LAS INSTALACIONES DE ATOMIZACIÓN DEL SECTOR DE FABRICACIÓN DE BALDOSAS CERÁMICAS Las baldosas cerámicas son piezas impermeables, constituidas habitualmente por un soporte de naturaleza arcillosa y un recubrimiento de naturaleza esencialmente vítrea. Actualmente hay una amplia variedad de baldosas cerámicas. Esta diversidad se debe tanto a sus formas (cuadrada, rectangular, octogonal, etc.) y tamaños (entre 10x10 y 60x10 cm x cm), como a sus propiedades estéticas (liso, con relieve, brillante, mate, blanco, coloreado, serigrafiado, etc.) y características técnicas (absorción de agua, resistencia mecánica, resistencia a la helada, a la abrasión, etc.). Los pavimentos y revestimientos cerámicos tienen múltiples aplicaciones, y pueden instalarse en diferentes lugares: interiores y exterior de viviendas, lugares públicos, etc. El uso al que se destinan las baldosas cerámicas condiciona sus características técnicas. Los soportes porosos se destinan al revestimiento de paredes, por su mayor adherencia y estabilidad dimensional. Las baldosas de pavimento cuentan con un soporte de menor porosidad, para conseguir mejores propiedades mecánicas, y un recubrimiento con propiedades antideslizantes. En el año 007, el sector español de baldosas cerámicas produjo 585 millones de metros cuadrados, por valor de más de 3800 millones de euros. Más del 50 % de la producción se destinó a la exportación. España es el tercer productor mundial de baldosas, por detrás de China y Brasil. El sector de fabricación de baldosas cerámicas proporciona empleo directo a más de 5000 trabajadores, e indirecto a 7000 (extracción de arcillas, transporte, construcción, maquinaria y producción de fritas, esmaltes y colores). 4.1 Descripción del proceso de fabricación de baldosas cerámicas El proceso de fabricación de baldosas cerámicas consta de una serie de etapas sucesivas, que se describen a continuación. Preparación de las materias primas, cuyo procesado puede realizarse vía seca o vía húmeda. En la actualidad, el proceso empleado mayoritariamente en la preparación de las materias primas es el proceso vía húmeda Secado por atomización. Se requiere una gran cantidad de energía, pues los gases calientes para el secado de la suspensión deben tener una temperatura cercana a los 500ºC. Conformación de la pieza. El principal método de moldeo es el prensado, y consiste en introducir el polvo granulado en un molde y aplicar presión en una dirección, hasta lograr la densidad deseada en el sólido. Otros métodos de conformado menos utilizados son el moldeo por colado y extrusión. Secado. Esta etapa posee un doble objetivo: eliminar la humedad que contienen y aumentar su temperatura. La eliminación del agua incrementa su resistencia mecánica, de modo que se logra que las piezas soporten sin romperse las tensiones aplicadas durante las etapas posteriores. El incremento de temperatura contribuye a que el esmaltado y la decoración de las piezas se realicen adecuadamente. Esmaltado y decoración. Esta etapa se realiza en líneas de esmaltado por donde las baldosas van avanzando. En estas líneas se sitúan todos los elementos necesarios para proporcionar a las piezas el acabado deseado.

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas Cocción: el soporte ya esmaltado y decorado se cuece en hornos monoestrato de rodillos. Los ciclos de cocción utilizados dependen del tamaño de las baldosas, de la producción del horno, de la naturaleza del soporte y del recubrimiento, etc., pero en general la duracion esta en torno a los 40 y 60 minutos y la temperatura máxima de puede variar entre 1100 y 100ºC. Si se realiza la cocción del esmalte y el soporte simultáneamente recibe el nombre de monococción o, en el caso de que se lleve a cabo en dos etapas se llama bicocción. En la figura 4 se muestra un esquema del proceso de fabricación de las baldosas cerámicas, considerando que las materias primas se molturan vía húmeda, la etapa de moldeo se realiza por prensado y la cocción de soporte y esmalte es simultánea. Este es el proceso de fabricación más extendido en la actualidad. Materias primas Molienda Atomización Preparación del esmalte Pavimento Prensado Secado Esmaltado Cocción Revestimiento Figura 4. Esquema del proceso de fabricación de baldosas cerámicas. 4. Empleo de sistemas de cogeneración en el proceso productivo El proceso de fabricación de baldosas cerámicas requiere un gran aporte de energía, en especial de energía térmica para las etapas de secado y cocción. Habitualmente, esta energía térmica se aporta mediante la combustión de gas natural en quemadores. Un sistema de cogeneración es una instalación que produce energía mecánica y energía térmica a partir de una única fuente de energía primaria. La energía mecánica se transforma en energía eléctrica mediante un alternador. La energía térmica se produce en forma de gases calientes. Las necesidades de energía en forma de calor en el proceso productivo de las baldosas hacen que éste sea adecuado para que puedan emplearse sistemas de cogeneración. Existen diferentes sistemas de cogeneración, cada uno de los cuales tiene un rendimiento eléctrico y térmico distinto. En el sector de fabricación de baldosas se ha extendido el empleo de turbinas y motores de gas natural. La adecuación de un sistema de cogeneración para funcionar conjuntamente con una instalación industrial viene dada tanto por la demanda térmica del proceso, como por el modo de funcionamiento (continuo o discontinuo). La energía eléctrica producida por el sistema de cogeneración puede ser utilizada en la propia empresa o bien ser vendida a la compañía 14 14 ITC-AICE, 008

distribuidora de energía eléctrica de la zona. En la figura 5 se han representado los flujos de energía en una instalación formada por un sistema de cogeneración y una industria. Compra y venta Compañía eléctrica Electricidad SISTEMA DE Calor Combustible COGENERACIÓN INDUSTRIA Combustible Quemador Figura 5. Flujos de energía en una instalación industrial con sistema de cogeneración. Las etapas del proceso de fabricación donde más se ha extendido el uso de sistemas de cogeneración son las etapas de secado por atomización y secado de los soportes recién prensados. Los atomizadores son instalaciones que funcionan de manera continua, y tienen una demanda térmica muy elevada. Los sistemas de cogeneración implantados en los atomizadores son turbinas de gas. Las turbinas de gas reducen mucho su tiempo de vida útil con las arrancada y paradas, por lo que interesa que se paren lo menos posible y así aumentar su durabilidad. Los gases de escape de la turbina, con una temperatura cercana a los 500 ºC, son adecuados para el secado de la barbotina. En aquellos casos en los que la energía térmica procedente de la turbina no cubre las necesidades del atomizador, se instala un quemador de postcombustión de gas natural que proporciona la energía que falta. En la figura 6 se muestra esquemáticamente una instalación de atomización que funciona con los gases de escape de una turbina de gas.

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas Salida de gases: By-pass Filtros de aire Gases de escape Entrada de aire ambiente Quemador de post-combustión Atomizador Sistema de depuración vía húmeda Gas natural Barbotina Ciclón Turbina de gas Fango Figura 6. Esquema del funcionamiento de una turbina de gas cuyos gases de escape de aprovechan en un atomizador. Habitualmente, las turbinas de gas se dimensionan para abastecer a un único atomizador, pero existen excepciones en las que éstas se sobredimensionan para abastecer también a otro atomizador o a secaderos de soportes crudos. En este caso hay que considerar la pérdida de flexibilidad que supone enlazar el funcionamiento de varios equipos a la vez, aunque por otro lado se incrementa la producción de energía eléctrica, con el beneficio económico que esto conlleva. En las instalaciones de secado de los soportes, la temperatura de los gases se sitúa entre 150 y 50 ºC. Habitualmente, estas instalaciones no funcionan todo el día, sino que paran durante las horas de noche. Este hecho provoca que el sistema de cogeneración que trabaje conjuntamente con los secaderos deba ser capaz de arrancar y parar muchas veces a lo largo de su tiempo de vida útil sin reducir por ello su periodo de operatividad. Los sistemas de cogeneración más adecuados para trabajar con los secaderos de baldosas son motores de gas. Habitualmente, uno o dos motores abastecen a varios secaderos. Con objeto de regular el funcionamiento de los secaderos, éstos cuentan también con quemadores de gas. En la figura 7 se muestra un esquema de funcionamiento de un motor de cogeneración cuyos gases de escape se utilizan en el secado de soportes crudos recién prensados en un secadero vertical. 16 16 ITC-AICE, 008

Secadero vertical Quemador Motor Figura 7. Esquema del funcionamiento de un motor de gas cuyos gases de escape de aprovechan en un secadero vertical. En el sector de fabricación de baldosas, el sistema de cogeneración predominante son las turbinas de gas, cuyos gases de escape se emplean en el secado por atomización de las suspensiones cerámicas obtenidas por molienda en húmedo de las materias primas. 4.3 Caracterización energética de las empresas del sector cerámico Las empresas del sector cerámico pueden clasificarse en dos tipos, atendiendo al producto final fabricado. Así, hay empresas dedicadas exclusivamente a la fabricación de polvo atomizado, y otras cuyo producto final es la baldosa terminada. Algunas empresas fabricantes de baldosas producen también polvo atomizado para la fabricación de algunos de sus productos. El empleo de sistemas de cogeneración en las plantas productivas, así como el número de instalaciones en cada una, influyen en el consumo energético de las mismas, y por tanto en las posibilidades de utilizar tecnologías del hidrógeno para abastecerse energéticamente. 4.3.1 Empresas fabricantes de polvo atomizado En estas empresas, la energía consumida es, principalmente, gas natural, pues para el proceso de secado por atomización se requiere un caudal elevado de gases a elevada temperatura (cercana a los 500 ºC). Con el objetivo de aumentar la rentabilidad de estas instalaciones, se ha generalizado el empleo de turbinas de cogeneración; los gases de escape de la turbina se utilizan como gases de secado en el atomizador, y la energía eléctrica generada se utiliza en la planta de fabricación y los excedentes se venden a la compañía distribuidora de electricidad. El consumo de energía eléctrica en estas instalaciones es menor que en las plantas fabricantes de baldosas, pues tienen un menor número de equipos e instalaciones. Por tanto, la situación habitual es que el sistema de cogeneración produzca suficiente energía eléctrica para abastecer a la planta, y para vender a la compañía. La producción de energía eléctrica en los sistemas de cogeneración es regular mientras están en funcionamiento, pero el consumo por parte de la empresa depende del ritmo productivo de cada una de las secciones del proceso, es decir, depende tanto del momento del día como del día de la semana que se considere. Así, dado que la oferta es constante y la demanda variable,

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas existirán periodos de tiempo en los que la cantidad de energía exportada será más elevada que en otros. En líneas generales, puede decirse que las empresas que se dedican a la fabricación de polvo atomizado son excedentarias en energía eléctrica. Esta energía eléctrica, en lugar de venderse, podría utilizarse en la propia empresa para producir hidrógeno por electrólisis. El hidrógeno producido se utilizaría, mezclado con gas natural, para la producción de energía térmica en el quemador de post combustión del atomizador. El análisis detallado de esta alternativa muestra que, con los precios actuales de compra del gas natural y el precio de venta de la energía eléctrica, es más rentable vender la electricidad excedente a la red que utilizarla para producir hidrógeno. Otra posibilidad podría ser la de emplear el hidrógeno para la producción de electricidad mediante una pila de combustible. Esta posibilidad no se ha considerado porque en estas empresas suele existir siempre un excedente de energía eléctrica. 4.3. Empresas fabricantes de baldosas cerámicas En las instalaciones de fabricación de baldosas, la situación es distinta, pues lo más habitual es que tanto la energía eléctrica como la térmica se adquieran a las compañías suministradoras. En el caso de existir algún sistema de cogeneración, la energía eléctrica que produce no es suficiente para abastecer a toda la planta de fabricación, y en caso de que sí sea capaz de abastecer a la empresa, los excedentes de energía son muy pequeños. En este tipo de empresas, por tanto, no se plantea la posibilidad de producir hidrógeno a partir de energía eléctrica. Se estudiará la posibilidad de utilizar hidrógeno para producir energía térmica en los quemadores de las diferentes máquinas térmicas, sustituyendo parcial o totalmente al gas natural. 5 ANÁLISIS DE LAS TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN TÉRMICA MEDIANTE HIDRÓGENO PURO Y EN MEZCLA CON GAS NATURAL. 5.1 La combustión en la industria cerámica En la producción de baldosas cerámicas son varias las etapas en las que interviene la combustión de gas natural para producir el calor requerido por el proceso. Estas etapas son la atomización, el secado de las piezas crudas y la cocción, siendo ésta última la que más energía térmica consume de las tres. 5.1.1 Atomización En la etapa de preparación de las materias primas, cuando la molienda se realiza vía húmeda, es necesario secar la suspensión obtenida para reducir su humedad desde aproximadamente un 40% hasta un 6%. El secado de la suspensión se realiza por atomización. El proceso consiste en pulverizar la suspensión en finas gotas, que al entrar en contacto con gases calientes, se secan rápidamente, obteniéndose un polvo granulado de forma más o menos esférica, con un contenido en humedad cercano al 6 %. El secado por atomización requiere el aporte de gran cantidad de energía térmica, ya que los gases calientes utilizados para evaporar el agua tienen una temperatura que puede variar entre 550 y 650ºC. Estos gases provienen de un quemador tipo vena de aire de gas natural que, habitualmente, utiliza como comburente los gases de escape de una turbina de cogeneración (ver figura 6). 18 18 ITC-AICE, 008

La producción de polvo atomizado de un atomizador depende del tamaño y del diseño de éste, siendo de unos 30000 kg/h para un atomizador de tamaño medio. Considerando que el consumo específico del proceso de atomización se sitúa en el intervalo 350-400 kcal/kg de polvo atomizado (0,407 0,465 kwh/kg atomizado), el consumo de energía térmica en un atomizador de tamaño medio se encuentra entre 1-14 MW. La atomización suele realizarse en continuo durante 4 horas al día, sobre todo si los gases de combustión provienen de una turbina de cogeneración, ya que las paradas y arranques acortan la vida de ésta. 5.1. Secado El polvo granulado obtenido por atomización es prensado en moldes metálicos aplicando una presión unidireccional hasta alcanzar la densidad de pieza requerida. El polvo atomizado contiene una cierta cantidad de agua que actúa como ligante y que se encuentra en torno a 0,06 kg agua/kg sólido seco (6 %). Este agua debe eliminarse antes de la decoración de la pieza para aumentar su resistencia mecánica. Además de secas, en los procesos de monococción, las piezas deben salir del secadero calientes. La temperatura debe ser igual para todas las piezas y depende de las características de la línea de esmaltado, del tipo de esmalte a aplicar y de las técnicas de decoración empleadas. Por tanto, las funciones de la operación de secado son eliminar la humedad de las piezas tras el prensado, y aumentar su temperatura para que el esmaltado se realice correctamente. Una temperatura de las piezas demasiado baja reduce la capacidad del soporte de eliminar el agua del esmalte, tanto por succión como por evaporación, dando lugar a problemas de curvaturas en crudo, encharcamiento de las piezas, balsas, pegados en las decoraciones, etc. Por el contrario, si la temperatura es demasiado alta pueden aparecer grietas o pinchados en el vidriado. El secado de las baldosas se realiza inmediatamente después del prensado, en secaderos continuos verticales u horizontales, aunque en la actualidad el 75% del secado de las baldosas se realiza en secaderos verticales. En estas instalaciones, los gases calientes procedentes de la combustión de gas natural en los quemadores, se ponen en contacto directo con las piezas prensadas para evaporar el agua que contienen. Las piezas se colocan sobre un plano constituido por rodillos metálicos. Una vez lleno el plano con piezas recién prensadas, el conjunto de planos sube como una noria y aparece un plano con las piezas ya secas que será sustituido por más piezas húmedas. Los ciclos de secado tienen una duración variable, dependiendo del tipo de secadero (vertical u horizontal) y del producto fabricado. Habitualmente, en secaderos horizontales el ciclo de secado se sitúa entre 0 y 30 minutos, mientras que en los verticales se sitúa entre 60 y 10 minutos. La temperatura de los gases de secado es más alta en los ciclos cortos, y menor cuando el ciclo de secado es más largo. Así, en los secaderos horizontales la temperatura máxima suele superar los 00 ºC, mientras que en los verticales se sitúa entre 100 y 00 ºC. Los gases calientes necesarios para el secado de las piezas proceden de la combustión de gas natural en uno o dos quemadores. En algunos casos se emplean motores de gas como sistemas de cogeneración, aunque las bajas necesidades térmicas de este proceso, si lo comparamos con las etapas de cocción y atomización, hacen que ésta no sea una práctica habitual. Parte de los gases de secado se recirculan en el propio proceso, y el resto salen de la instalación a través de la chimenea y se vierten al exterior. En algunas empresas, el ritmo productivo de los secaderos (ligado al de las prensas y las líneas de esmaltado) es de 4 h/día. En otras, las líneas de esmaltado no funcionan en el turno de noche, reduciendo el tiempo de trabajo del secadero a 16 horas/día. El consumo específico de la operación de secado de baldosas cerámicas se sitúa entre 90 y 110 kcal/kg producto seco (0,105 0,18 kwh/kg producto seco). Si se considera que la producción

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas de un secadero de tamaño medio es de unos 5000 kg/h el consumo de energía térmica de un secadero vertical de tamaño medio se sitúa entre 0,5 0,6 MW. Los quemadores más utilizados en los secaderos son tipo vena de aire. Estos quemadores se colocan en la conducción por la que circulan gases recirculados y elevan su temperatura hasta la requerida en el secadero. En la figura 8 se muestra una vista en planta de un secadero, donde se aprecia la situación de los quemadores en la conducción de recirculación. Figura 8. Vista en planta de un secadero vertical (Fuente: Sacmi Imola S.C.) 5.1.3 Cocción La cocción de las baldosas cerámicas es una de las etapas más importantes del proceso de fabricación, ya que de ella dependen en gran parte las características del producto final. Los hornos que se utilizan para la fabricación de baldosas son hornos continuos de rodillos. Estos hornos miden alrededor de 100 metros y tienen gran cantidad de quemadores (del orden de 100-150) repartidos a lo largo de las paredes laterales. Estos quemadores funcionan con gas natural como combustible y aire ambiente como comburente. En algunos hornos, el aire ambiente se precalienta hasta unos 60-150 ºC, dependiendo del horno, antes de introducirse como comburente en los quemadores. La temperatura máxima de cocción se sitúa en torno a los 1150 ºC, y la duración del ciclo es variable entre 40 y 70 minutos. Al tratarse de hornos no muflados, el contacto de los gases de combustión con el producto es directo, lo cual mejora la transmisión de calor y por tanto el rendimiento térmico de la instalación. Esto hace que se reduzca el consumo energético, disminuya la duración del ciclo de cocción y aumente la flexibilidad de los hornos. Los quemadores más utilizados en la industria cerámica son los de mezcla en cabeza, que presentan gran estabilidad y un elevado margen de regulación. La potencia de estos quemadores oscila entre 10000 y 40000 kcal./h, dependiendo de la zona del horno en la que estén colocados. La llama que producen estos quemadores son llamas jet o de gran velocidad. El consumo específico del proceso de cocción de baldosas cerámicas se sitúa en el intervalo de 600 a 700 kcal/kg cocido (0,700 0,815 kwh/kg cocido). La producción aproximada de un horno de tamaño medio es de 5000 kg/h (unos 7000 m /día). Con estos datos, el consumo medio de energía térmica para un horno monoestrato de rodillos está en el intervalo 3,5-4,1 MW. Los hornos de la industria cerámica suelen funcionar en continuo durante 4 horas al día. Sólo se hacen las paradas necesarias para su mantenimiento, debido al elevado gasto energético que suponen los arranques. 0 0 ITC-AICE, 008

5. Propiedades del hidrógeno como combustible El hidrógeno podría aprovecharse térmicamente en el sector cerámico en todas aquellas etapas en las que en la actualidad se utiliza gas natural como combustible. Éstas son la atomización de la barbotina, el secado de las piezas crudas y la cocción. Como ya se ha comentado, en las tres etapas se utilizan, en general, quemadores que funcionan con gas natural como combustible, y aire ambiente como comburente. En el caso de los atomizadores, si los gases de secado provienen de una instalación de cogeneración, éstos poseen un alto contenido en oxígeno (superior al 15 %), y pueden ser utilizados directamente como comburente en el quemador de post-combustión. En la mayoría de los secaderos verticales, parte del aire utilizado como comburente son gases recirculados del propio secadero (dado su elevado contenido en oxígeno). El resto es aire ambiente tomado del exterior. Se ha estudiado la posibilidad de sustituir el gas natural por hidrógeno en los quemadores, total o parcialmente. Para ello se han tenido en cuenta las características físicas de ambos combustibles. En la tabla se recogen distintas propiedades del hidrógeno y del gas natural, suponiendo que el gas natural está compuesto únicamente por metano. En España, el gas natural presenta un contenido en metano superior al 90 %. Tabla. Propiedades del metano y del hidrógeno. METANO HIDRÓGENO PCS (kcal/nm 3 ) 10100 3050 PCS (kcal/kg) 1696 35138 PCI (kcal/nm 3 ) 9100 570 PCI (kcal/kg) 11439 9608 Aire teórico (Nm 3 aire/nm 3 combustible) 9,5,38 Densidad relativa respecto del aire 0,5997 0,0696 Densidad (kg/nm 3 ) 0,7955 0,0868 Coeficiente de difusión molecular (cm /s) 0,16 0,61 Tª de llama adiabática en aire (K) 188 318 Rango de inflamabilidad (% vol en aire) 5-15 4-75 Rango de explosión (% vol en aire) 5,7-14 18-59 Facilidad de ignición (% vol en aire) 9 9 Velocidad de la llama (cm/s) 40 350 Índice de Wobbe (kcal/nm 3 ) 1304 11561

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas Tanto el hidrógeno como el gas natural son gases altamente inflamables y deben ser manipulados con precaución. La molécula de hidrógeno es bastante más pequeña que la del metano, y por lo tanto, tendrá mayor tendencia a fugas en conducciones, juntas, etc. En efecto, el coeficiente de difusión molecular del hidrógeno es del orden de 4 veces el del metano. Este es un hecho muy importante a tener en cuenta en el diseño de quemadores, puesto que las roscas deberán ser especiales, o deberán utilizarse juntas soldadas. El hidrógeno es 14,5 veces más ligero que el aire y el metano 1,8 veces. Además el hidrógeno se difunde en el aire cuatro veces más rápido que el metano. Por lo tanto, ante una posible fuga de combustible en espacios abiertos, si éste fuera hidrógeno, su concentración disminuiría mucho más rápido que en el caso de tratarse de gas natural, reduciéndose el riesgo de explosión. Los rangos de inflamabilidad y explosión del hidrógeno en aire son mucho más amplios que para otros gases, pero este hecho se mitiga si se tiene en cuenta el bajo poder calorífico del hidrógeno por unidad de volumen y su baja densidad, que facilita que éste se disperse muy rápidamente. La velocidad de combustión de hidrógeno es diez veces mayor que la del metano, esto indica que una explosión de hidrógeno es más violenta pero de menor duración. Las llamas de hidrógeno son prácticamente invisibles a la luz del día, aunque los contaminantes del aire añaden cierta visibilidad. Esto hace que sea imprescindible el uso de detectores de llama en los quemadores para evitar fugas. Otro aspecto importante en la manipulación del hidrógeno es que no es posible añadirle odorizantes que faciliten su detección a través del olfato humano. Esto es debido a que el hidrógeno tiende a combinarse con el carbono presente en las conducciones metálicas formando gas metano. Los odorizantes actúan como catalizadores de esta reacción, provocando de este modo el debilitamiento de la estructura de las conducciones por las que circula el hidrógeno. La temperatura adiabática de la llama de hidrógeno es ligeramente superior a la de la llama de gas natural, aunque el calor radiante de las llamas de hidrógeno es significativamente menor que en las llamas de gas natural, debido a que presentan una emisividad más baja. 5.3 Almacenamiento y distribución Dado el elevado consumo de energía térmica en una planta de fabricación de baldosas cerámicas, la cantidad de hidrógeno necesario para satisfacer las necesidades energéticas de estas instalaciones sería muy elevada (ver tabla 3). En estas condiciones, el único sistema de almacenamiento que podría utilizarse serían tanques de hidrógeno comprimido a alta presión. En la actualidad no se consume hidrógeno como combustible industrial para aportar energía térmica a un gran volumen de aire, aunque sí se utiliza a gran escala como refrigerante, en la fabricación de vidrio plano y en algunos procesos de soldadura. El consumo de hidrógeno en la fabricación de vidrio plano, en el año 001, fue de 3,17 millones de Nm 3. Para fabricar una producción de 7000 m /día de baldosas, la instalación (atomización, secado y cocción) consumiría más de 17 millones de Nm 3 en un año, considerando que trabaja 330 días/año. Como vemos, los volúmenes de hidrógeno que se emplearían en el caso de utilizarlo como combustible en la fabricación de baldosas son mucho más elevados que los consumos de este gas en otros sectores de fabricación. ITC-AICE, 008

Respecto a la distribución, se ha contactado con diversos fabricantes de hidrógeno, y las opciones que presentan para que una empresa pueda abastecerse de hidrógeno son las siguientes: Transporte en semirremolques. Según los técnicos de la empresa Praxair España, S.L. (en adelante Praxair), el único modo de transportar hidrógeno en grandes cantidades en la actualidad es mediante semirremolques. Se trata de depósitos que contienen grandes cilindros con hidrógeno a presión en estado gaseoso. No se transporta hidrógeno en camiones cisterna debido al riesgo que supone la manipulación del hidrógeno líquido. Estos semirremolques tienen una capacidad que varía entre 1000 y 5600 Nm 3, y el gas se almacena a una presión entre 00 y 600 bar. El precio del hidrógeno transportado de este modo es de 0,75 /Nm 3, y su pureza del 99,5%. (Fuente: Praxair, Diciembre 006). Construcción de una planta generadora de hidrógeno en la misma empresa. Es una opción viable aunque dependiendo de la capacidad de la planta, la inversión sería muy elevada. Canalización de hidrógeno desde una planta de generación de hidrógeno a gran escala hasta la industria consumidora. La planta de generación de hidrógeno más cercana de Castellón es propiedad de Air Liquide y está en Tarragona. Se trata de una opción viable técnicamente, pero difícil dadas las características físicas del hidrógeno Actualmente, existen varios tramos de tuberías de hidrógeno en el mundo: 10 km en Alemania, 400 entre Francia y Bélgica (propiedad de Air Liquide) y 70 km totales en EEUU. (Fuente: Plataforma Tecnológica Española del Hidrógeno y de las Pilas de Combustible) En la búsqueda realizada, se ha encontrado información sobre un proyecto a largo plazo que consiste en la generación de hidrógeno por hidrólisis partiendo de energía solar fotovoltaica, obtenida en el norte de África. Se está estudiando la viabilidad de generar hidrógeno a gran escala en los países del norte de África y canalizarlo hacia Europa mezclado en baja proporción con el gas natural., e incluso la posibilidad de construir un nuevo gaseoducto para el transporte de hidrógeno desde el norte de África. (Fuente: http://www.hydrogen.co.uk/h/h_page.htm).

Viabilidad técnica de la producción y uso de Hidrógeno en empresas cerámicas 5.4 Sustitución del gas natural por hidrógeno en la industria cerámica Como ya se ha comentado, el combustible utilizado mayoritariamente en la fabricación de baldosas cerámicas es el gas natural. Las propiedades energéticas de gas natural y del hidrógeno son diferentes. El poder calorífico del hidrógeno es superior al del gas natural por unidad de masa, pero es unas tres veces menor por unidad de volumen. Esto hace que sea necesario un volumen unas tres veces mayor de hidrógeno para producir la misma energía. En la tabla 3 se muestra cuál sería el consumo de gas natural y de hidrógeno para proporcionar la energía térmica necesaria en los procesos de atomización, secado y cocción. Tabla 3. Consumo de gas natural e hidrógeno por etapas. ATOMIZACIÓN SECADO COCCIÓN Potencia total necesaria (MW) Caudal de gas natural (Nm 3 /h) Aire mínimo con GN (Nm 3 /h) Caudal de hidrógeno (Nm 3 /h) Aire mínimo con H (Nm 3 /h) 13,08 0,58 3,78 136 55 357 11770 5 3401 4377 194 165 10417 46 3011 El consumo de gas natural e hidrógeno se ha calculado a partir del Poder Calorífico Inferior de ambos combustibles (ver tabla ). El aire mínimo estequiométricamente necesario para la combustión se ha calculado teniendo en cuenta las reacciones de combustión de ambos gases. A continuación se muestran dichas reacciones químicas y el cálculo del aire mínimo necesario. GAS NATURAL: HIDRÓGENO: CH 4 + O CO + H O V asm = V GN / 0,1 = 9,5 V GN H + O H O V asm = 0,5 V H / 0,1 =,38 V H Donde: V asm : Volumen de aire seco mínimo para la combustión V GN: Volumen de gas natural V H: Volumen de hidrógeno Hay que tener en cuenta también que en los hornos de cocción de baldosas se trabaja con exceso de aire, que garantiza la presencia de oxígeno en el interior para que se oxide completamente la materia orgánica presente en el producto, por lo que el caudal volumétrico real de comburente sería mayor en ambos casos. 4 4 ITC-AICE, 008

En la tabla 3 se observa como el caudal de aire mínimo necesario para la combustión es algo menor para el caso del hidrógeno, mientras que el caudal volumétrico de hidrógeno es 3.5 veces mayor que el de gas natural (para obtener la misma energía). Una vez calculado cual sería el consumo global de hidrógeno en cada etapa del proceso donde se requiere un aporte de energía térmica, y la potencia total necesaria, se muestra en la tabla 4, la potencia requerida en los quemadores utilizados en un atomizador, en un secadero y en un horno. En el caso del atomizador, hay que recordar que la potencia total mostrada es la que se necesitaría en caso de no recuperar los gases de escape de una turbina de cogeneración, que no es lo habitual. Cuando se recuperan los gases de una turbina, la potencia real de trabajo del quemador se sitúa entre 1 y MW. Tabla 4. Potencia de los quemadores utilizados en la industria cerámica. Etapa del proceso Nº quemadores Potencia (MW/quemador) Potencia total (MW) Atomización 1 13,08 13,08 Secado soportes 1-0,58 0,9 0,58 Cocción 100-150 0,038 0,05 3,78 Un factor a tener en cuenta en la combustión del hidrógeno es el hecho de que el volumen de agua generado en su combustión es mayor que en el caso de la combustión de gas natural, dado que el volumen de hidrógeno necesario para obtener la misma cantidad de energía es mayor que el de gas natural. En la tabla 5 se indican, a modo comparativo, los caudales de gas natural e hidrógeno consumidos en el proceso de fabricación de baldosas por etapas (ver tabla 3), y el caudal de vapor de agua generado en la reacción de combustión en cada caso. Tabla 5. Vapor de agua generado en la combustión. Caudal (Nm 3 /h) Atomización Secado Cocción Gas natural 136 55 357 Vapor de agua 47 110 714 Hidrógeno 4377 194 165 Vapor de agua 4377 194 165 Los efectos del incremento de la cantidad de vapor de agua generado son difíciles de predecir a priori. No obstante, no es de esperar que ocasione problemas en la etapa de secado por atomización, donde el volumen de agua procedente del proceso es mucho mayor que la generada en la combustión. Sin embargo, las consecuencias del incremento de la cantidad de vapor de agua en los gases dependerán de las condiciones particulares de trabajo de cada equipo (caudales, temperaturas, etc.).