Alejandro Rubio Rico, ingeniero I+D en ITE (Instituto Tecnológico de la Energía) y coordinador técnico del proyecto GEDAI

El desafío de la mejora permanente de la eficiencia energética, entendido en un contexto de mejora de su productividad y consecuente competitividad, siempre ha estado en el horizonte de las industrias manufactureras. Esta mejora energética, más allá de políticas empresariales específicas características principalmente de grandes empresas, tenía su motivación principal en el coste energético inherente a cada proceso industrial y en exigencias o ventajas de distinta índole por ser más eficiente energéticamente. Ello daba lugar, por un lado, a que las empresas más energéticamente intensivas, como las refinerías de petróleo, las metalúrgicas o la industria química, por poner algunos ejemplos, abordaran la mejora permanente de la eficiencia de sus procesos por una cuestión de sostenibilidad tanto medioambiental como económica de su actividad. Por otro lado, la obligatoriedad de realizar auditorías energéticas en el RD 56/2016 o las ventajas de la certificación de implantar un Sistema de Gestión Energética mediante la ISO 50001 han sido tradicionales palancas de mejora de la eficiencia energética.  Sin embargo, en el último lustro, y principalmente a raíz de acontecimientos como la pandemia de la COVID-19 o la invasión de Rusia a Ucrania, la energía ha evolucionado de la categoría de “coste” a la de “recurso estratégico” de una manera generalizada en la práctica totalidad de las industrias manufactureras. Si, además, consideramos las exigencias de emplear el agua de manera más racional como otro de los recursos estratégicos clave, se concluye que el binomio formado por el agua y la energía deben formar parte del núcleo de las estrategias de sostenibilidad de las empresas a las que aplique.

En paralelo, potentes habilitadores tecnológicos llevan años siendo perfeccionados en un contexto de incremento de la digitalización y perfeccionamiento de las técnicas analíticas y de optimización, generación de nuevos y mejores modelos físico-matemáticos de la realidad, y mejora continua de la capacidad de cómputo mediante hardware cada vez más potente. El concepto de gemelo digital surge en este escenario como aglutinador de las previamente citadas técnicas con un objetivo bien claro; replicar comportamientos, analizar mejoras, supervisar funcionamientos y optimizar el rendimiento de cualquier proceso, máquina u objeto físico, en general. Precisamente, esta herramienta encuentra una de sus principales y más prometedoras líneas de explotación en su uso para la mejora de la eficiencia energética de los procesos industriales de manufactura, ya que permite simular en un entorno digitalizado la mejor manera de operar en la planta industrial con el fin de minimizar el impacto energético. Y, sin embargo, a pesar de la potencia de los gemelos digitales energéticos y su capacidad de predecir las acciones más eficientes y sostenibles en planta, existen una serie de condicionantes o limitantes a su implantación, entre los cuales destaca el bajo grado de digitalización energética (sobre todo característico de PYMES), el desconocimiento de su uso, o los problemas de estandarización de la solución al caso de cada empresa.

Concepto de Gemelo Digital para la mejora energética y medioambiental de procesos industriales. Fuente: ITE

En este contexto, el ITE trabaja en el proyecto GEDAI que busca la mejora del rendimiento mediante el despliegue de gemelos energéticos digitales y productivos de aplicación a la cadena de valor del binomio tratamiento de agua y sector productivo Industrial. La herramienta de gemelo digital energético permite potenciar las capacidades de gestión energética de las empresas manufactureras de todos tipos y tamaños. Sin embargo, uno de los principales retos que se abordan en el despliegue de esta herramienta habilitadora es proporcionar un enfoque estandarizado para que cualquier empresa pueda tener acceso a esta tecnología con independencia de sus particularidades y limitaciones. Otra barrera que multitud de empresas señalan es la poca capacidad de inversión que se tiene en proyectos de implantación de este tipo, dada la indefinición del alcance de implementación y puesta en marcha a la que en ocasiones se enfrentan. Por ello, uno de los principales objetivos del proyecto es mejorar el rendimiento energético y medioambiental de procesos con efluentes de agua de proceso mediante el desarrollo y aplicación de una metodología de despliegue rápido que se adapte a la necesidad de cada empresa, buscando la aplicación del concepto de gemelo digital que resulte óptima para dicho caso.

De esta manera, el proyecto busca conseguir una serie de beneficios para las empresas participantes en él. Entre ellos, se incluye mejorar su capacidad de predicción del consumo energético y estimación de impacto medioambiental, en el cual la huella hídrica juega un papel muy importante. De la misma manera, la potencia que proporciona el gemelo digital energético para realizar multitud de simulaciones en entorno totalmente digital permite disminuir el riesgo y maximizar la representatividad de las conclusiones que se obtengan, considerando tantos escenarios como necesidades tenga la empresa. Además, uno de los elementos centrales de la generación y aplicación de los gemelos digitales en el contexto del proyecto es la aportación de valor para la empresa, entendiendo sus necesidades e implementando soluciones que las resuelvan de manera sólida.

Además, participan en el proyecto otros dos perfiles de empresa. Las primeras de ellas son empresas del sector del tratamiento de agua, participando con el fin de alinear el desarrollo de los gemelos digitales de las empresas en plantas industriales con los estándares de dicha tecnología tal y como se aplica en las plantas de tratamiento de agua residual. El segundo perfil de empresa habilitadora tecnológica, usualmente asociado a empresas de ingeniería especializada, representa asimismo un socio clave para la implementación efectiva de los gemelos digitales en planta.

En la actualidad, el proyecto se encuentra en fase de finalización con el desarrollo de distintos prototipos de gemelo digital en empresas de los sectores textil y metalmecánico, analizando las mejoras en la gestión de sus procesos y de la depuración de agua asociada. En los próximos meses se espera obtener, a partir de la aplicación de la metodología, conclusiones sobre el impacto, grado de mejora obtenible y cálculo de funcionamiento actual y futuro de los procesos a los que se aplica.
 

Referencias

• Digital Twins: Adding Intelligence to the Real World - Capgemini USA. (2023, 15 julio). Capgemini USA. https://www.capgemini.com/us-en/insights/research-library/digital-twins/
• Ondina, P. Á. (2022, 19 abril). El encarecimiento de la energía y su impacto en la industria manufacturera: ¿a qué sectores está afectando más? CaixaBank Research. https://www.caixabankresearch.com/es/analisis-sectorial/industria/encarecimiento-energia-y-su-impacto-industria-manufacturera-sectores
• Dörr, M.; Wahren, S.; Bauernhansl, T. Methodology for energy efficiency on process level. Procedia CIRP 2013, 7, 652–657.
• Gómez, J. F. (2021). Eficiencia energética en el sector industrial. Cuadernos Orkestra.
• Rubio-Rico, A., Mengod-Bautista, F., Lluna-Arriaga, A., Arroyo-Torres, B., & Fuster-Roig, V. (2023). The Industrial Digital Energy Twin as a Tool for the Comprehensive Optimization of Industrial Processes. Processes, 11(8), 2353.