La industria química juega un papel decisivo en casi todos los aspectos de nuestra vida cotidiana. En sectores tan diversos como el de la cosmética, los fertilizantes, el farmacéutico y los plásticos, las sustancias químicas se utilizan para fabricar unos 70.000 productos. La gran mayoría de ellos, dependen de los combustibles fósiles como fuente de energía o como materia prima. En consecuencia, la desfosilización de la industria química será uno de los factores más importantes para ayudar al planeta para cumplir con el Acuerdo de París de 2015 sobre el cambio climático, y alcanzar con los objetivos mundiales de cero emisiones netas.
En la actualidad, la industria química es la segunda que más CO2 emite, por detrás de la siderúrgica, y según el modelo climático One Earth Climate Model (OECM), desarrollado por la Universidad Tecnológica de Sídney (UTS), el cumplimiento de los objetivos del Acuerdo de París dejaría al sector un presupuesto restante para la compra de emisiones relacionadas con la energía de 19,6 gigatoneladas, entre 2020 y 2050.
Tomar medidas inmediatas para reducir drásticamente la huella de CO2 de la industria química puede marcar una gran diferencia a la hora de ayudar al planeta a alcanzar su objetivo de emisiones netas cero. Según un nuevo estudio, encargado por PwC Alemania y elaborado por el Instituto de Futuros Sostenibles de la UTS, las emisiones globales de la industria química pueden reducirse significativamente si se invierte y se desarrolla rápidamente una producción baja o nula en carbono. En PwC, hemos analizado siete principales productos químicos básicos que representan el 74% de la energía utilizada en la industria (excluida la energía eléctrica) y en los mercados de los países que integran el G20, que suponen el 97% de todas las emisiones del sector relacionadas con la energía. Esos siete productos químicos son el metanol, el amoníaco, el benceno, el tolueno y el xileno (los tres últimos se conocen como aromáticos BTX), así como el etileno y el propileno (conocidos como olefinas ligeras).
Analizamos las posibilidades concretas de desfosilización de estas siete sustancias, así como las reducciones de emisiones que podrían conseguirse y las inversiones que serían necesarias para ello.
El problema del crecimiento
En las últimas décadas, la industria química ha crecido considerablemente, impulsada por una población mundial en aumento y cada vez más acomodada, sobre todo en las economías emergentes. El desarrollo mundial ha provocado un aumento de la demanda de fertilizantes agrícolas, de los componentes clave para la industria de la automoción y de una amplia gama de otros productos de consumo y bienes domésticos, como detergentes, botellas de plástico y envases y adhesivos.
La dependencia de los siete productos químicos básicos mencionados anteriormente, que constituyen los integrantes clave de la mayoría de ellos, también va en aumento. Hasta 2050, se prevé que los volúmenes de producción de estos siete productos crezcan casi un 70% con respecto a los niveles de 2020, pasando de 740 millones de toneladas a 1.255 millones de toneladas. Este nivel de crecimiento no es compatible con el escenario referido al calentamiento global de 1,5ºC descrito en el Acuerdo de París, incluso si la industria química es capaz de reducir drásticamente las emisiones. El crecimiento de la producción mundial tendrá que frenarse, lo que significa reducir la demanda con las mejores prácticas de circularidad, la reducción del consumo de plástico y el aumento de la vida útil de los productos.
Sin embargo, incluso con estas mejoras de la eficiencia, la cantidad de energía necesaria para producir los siete productos químicos aumentará un 81% entre 2020 y 2050. En la actualidad, aproximadamente el 95% de las materias primas de la industria química proceden de combustibles fósiles, y, aproximadamente, el 74% de la energía térmica y de materias primas utilizada por el sector se destina a la producción de estos siete productos.Y en el periodo comprendido entre 2020 y 2050, las emisiones anuales asociadas a la producción de esos productos químicos tendrán que reducirse un 85% con respecto a los niveles de 2020; y las emisiones relacionadas con la energía tendrán que llegar a cero.
Una industria por transformar
La desfosilización impulsará una transformación significativa de la industria química mundial, pero esta transformación ya ha comenzado. Las materias primas tendrán que evolucionar de los combustibles fósiles a fuentes de baja o nula emisiones de carbono, como la biomasa y las moléculas verdes. A su vez, se necesitarán nuevas tecnologías para desplegar estas materias primas y garantizar la limitación de las emisiones de carbono en el procesado de los productos químicos.
Existe un alto grado de interdependencia en el procesamiento de productos químicos. Las olefinas y los aromáticos se basan en las mismas materias primas químicas intermedias (etano, propano y nafta), mientras que el metanol y el amoníaco, en su mayor parte, proceden del gas natural. En nuestra modelización, una de las materias primas intermedias más recientes, el hidrógeno verde, tiene un potencial especial para convertirse en la plataforma sobre la que trabajar, ya que puede utilizarse para producir una amplia gama de productos químicos. También proyectamos que el CO2 obtenido de fuentes renovables, se convertirá en un bien necesario para desfosilizar usos no energéticos en el proceso de producción de productos químicos. Además, la industria tendrá que adoptar las mejores prácticas como el reciclaje y la circularidad, nuevas tecnologías como la energía renovable para calor y electricidad, y materias primas renovables para sustituir a las materias primas de combustibles fósiles.
Un reto único
La industria química se enfrenta a un reto único, porque tiene una doble dependencia de los combustibles fósiles. Al principio de muchos procesos químicos, la industria necesita materias primas de origen fósil, como el petróleo crudo, la nafta o el gas natural, que se convierten en sustancias químicas básicas. Estos elementos permiten fabricar productos como plásticos, disolventes, fertilizantes y fármacos, de los que depende toda la sociedad. Pero la industria también requiere energía fósil para producir calor a alta temperatura y electricidad, necesarios para impulsar los procesos químicos. Las emisiones asociadas son significativas, ya que el 52% de las emisiones totales de CO2 de la industria química están relacionadas con la producción de los siete productos químicos analizados en este estudio.
Para conseguir la desfosilización de la industria química, es necesario abordar el total de sus emisiones de CO2, tanto las relacionadas con la energía como las que no lo están. Y para comprender las vías necesarias para desfosilizar los siete principales productos químicos básicos, primero tenemos que evaluar las tres principales necesidades energéticas de los procesos de la industria química.
- Energía para procesos térmicos. La industria consume energía de combustibles fósiles en forma de petróleo crudo, gas natural y otros recursos en una serie de procesos a alta temperatura, que suelen tener lugar entre 500°C y 1.000°C, y que crean materias primas intermedias. Dependiendo del producto químico, esta energía térmica puede oscilar entre el 15% y el 56% del uso total de energía.
- Usos no energéticos. El gas natural, la nafta y otras materias primas utilizadas en la conversión química constituyen el uso no energético de los combustibles fósiles. Las emisiones no energéticas proceden de procesos químicos en los que el CO2 es un subproducto, así como de la transformación de materias primas fósiles en otros productos de hidrocarburos. Dependiendo del producto químico, estas materias primas (productos químicos intermedios) pueden representar entre el 48% y el 85% del uso total.
- La electricidad. En la actualidad, la electricidad no es una fuente de energía importante en la producción de productos intermedios o grandes componentes químicos; representa aproximadamente el 1,1% de la demanda de energía global del sector. Sin embargo, la electricidad tiene usos específicos en la producción de cloro y en los procesos auxiliares necesarios para alimentar las instalaciones de producción, entre otros. Y la demanda de electricidad aumentará en el futuro, ya que es probable que los procesos térmicos se electrifiquen cada vez más.
Los distintos productos químicos tienen perfiles energéticos diferentes en función del tipo de procesos que intervienen en su producción. Por ejemplo, el etileno y el propileno requieren cantidades proporcionalmente mayores de energía para los procesos de calentamiento, mientras que el amoniaco y el metanol requieren cantidades proporcionalmente mayores de uso no energético en forma de materias primas que son importantes emisoras de CO2. Sin embargo, el uso no energético no es un indicador de las propias emisiones de CO2, ya que éstas proceden de la química correspondiente. En los siete productos químicos claves considerados, la electricidad aporta una cantidad insignificante de energía.
Financiar la transición energética
La desfosilización de la industria química puede lograrse invirtiendo en tres pilares de infraestructuras esenciales:
- La construcción de nuevas instalaciones y la modernización de las antiguas, capaces de producir sustancias químicas renovables.
- Suministro de calor para los procesos de conversión, principalmente mediante electrificación directa (por ejemplo, bombas de calor o craqueadores de vapor eléctricos), así como integración del calor y combustibles ecológicos.
- Suministro de materias primas renovables (por ejemplo, fuentes biogénicas como la lignina, carbono renovable sintético e hidrógeno renovable).
PwC estima las bandas de inversiones necesarias para desfosilizar los siete productos químicos, centrándose en los dos primeros componentes de este esfuerzo, la infraestructura del lugar y el suministro de calor. El resultado: la industria química necesitará una inversión acumulada en su transformación neta a cero entre 440.000 y 1 billón de dólares hasta 2040, y entre 1,5 y 3,3 billones hasta 2050. A modo de comparación, el gasto mundial de capital en 2022 en la industria química fue de 267.000 millones de euros (290.000 millones de dólares en el momento de la publicación), según el Consejo Europeo de la Industria Química. Estas inversiones no sólo aportarían beneficios medioambientales, sino que también podrían ser un importante motor de crecimiento continuo y empleo en todo el mundo.
Los mecanismos de desfosilización difieren para cada uno de los siete productos químicos. En el caso del amoníaco, el cero neto puede conseguirse principalmente a través del hidrógeno renovable, ya que es la principal opción de reducción. Dado que el 90% del coste de la producción de amoniaco procede de los insumos de hidrógeno, el análisis de inversión tiene en cuenta la inversión necesaria para la generación de electricidad renovable y, posteriormente, de hidrógeno renovable. Nuestra vía para la desfosilización del amoníaco requerirá una inversión total acumulada de entre 200.000 y 970.000 millones de dólares.
El metanol renovable necesitará inversiones en nuevos centros de producción para las rutas del biometanol y el e-metanol. La primera utiliza materias primas de biomasa, como residuos forestales y agrícolas, y subproductos, como biogás de vertederos, aguas residuales y residuos sólidos urbanos (RSU). El E-metanol utiliza hidrógeno renovable, como en el caso del amoníaco. Nuestra vía para la desfosilización del metanol requerirá una inversión total acumulada de entre 150.000 y 440.000 millones de dólares.
Las olefinas (etileno y propileno) requerirán una inversión de entre 900.000 y 1,5 billones de dólares para nuevos centros de producción, principalmente para los craqueadores de vapor electrificados y los procesos de conversión de bioetanol en etileno. Los aromáticos pueden exigir una inversión total de entre 220.000 y 370.000 millones de dólares, principalmente para la descomposición de los recursos de lignina y el proceso de metanol en aromáticos.
Las inversiones necesarias se dividen en los sectores de amoníaco, metanol, olefinas y aromáticos (benceno, tolueno, xileno). Cada uno de estos sectores presenta amplias estimaciones debido a las importantes incertidumbres sobre la circularidad, la demanda y los cambios en los costes tecnológicos. Las mejoras en la circularidad por sí solas podrían tener un impacto significativo en las proyecciones, ya que la economía mundial actualmente circula en menos de un 10%. Algunas tecnologías están en sus primeras fases y tienen una trayectoria de desarrollo incierta. Además, la reducción de los costes de los productos químicos renovables dependerá en gran medida del ritmo de desarrollo de la producción renovable.
La importancia de empezar ya
Aunque los análisis incluidos en el estudio se extienden en varias décadas, es importante centrarse en las acciones que se pueden tomar en el corto plazo. La industria química piensa en marcos temporales largos, con períodos de implementación de proyectos de cinco a diez años y vidas operativas de varias décadas. No actuar ahora, o incluso invertir en plantas nuevas pero convencionales, tendrá efectos negativos y podría crear grandes cantidades de activos inútiles en el futuro. Según el Modelo Climático One Earth (OECM, por sus siglas en inglés), un retraso de cinco años en la implementación de una vía de desfosilización supondrá emisiones adicionales de seis gigatoneladas de CO2 sólo si contamos con las emisiones relacionadas con la energía.
Tomar las medidas necesarias es una buena decisión empresarial. Las compañías de todos los sectores están avanzando hacia la reducción de emisiones a cero y necesitarán materiales ecológicos que la industria química puede proporcionar. El sector siderúrgico ya está capitalizando esta oportunidad al comercializar acero ecológico como un producto premium. La industria química podría beneficiarse aún más, ya que sus productos son esenciales en casi todos los aspectos de la vida moderna.
