Eurecat está participando en el proyecto europeo HYIELD, cofinanciado por el programa Horizon Europe, con el objetivo de desarrollar una nueva vía para valorizar residuos mediante la producción de hidrógeno verde. En el marco del proyecto, Eurecat creará un gemelo digital basado en inteligencia artificial para optimizar la conversión de residuos biogénicos en hidrógeno verde. La planta de demostración, ubicada en Alcanar, procesará más de 2.000 toneladas de residuos y producirá cerca de 400 toneladas de hidrógeno verde, que serán utilizados en diversas aplicaciones industriales.

El consorcio de HYIELD está formado por 15 socios de distintos países europeos, con una financiación de 10 millones de euros por parte de la Unión Europea y una inversión total de 15,5 millones de euros. El proyecto, que se desarrollará en un periodo de cuatro años, contribuirá a la descarbonización de sectores como la navegación, la aviación y las industrias intensivas en energía, al transformar eficientemente los residuos en hidrógeno de alta pureza. Esto responde a un potencial de más de 30 millones de toneladas de hidrógeno renovable a partir de los residuos que Europa genera anualmente.

Review Energy tuvo la oportunidad de hablar con Maddi Etxegarai, investigadora de la Unidad de Inteligencia Artificial Aplicada de Eurecat y líder de uno de los paquetes de trabajo del proyecto HYIELD, quien compartió más detalles sobre el proyecto.

Review Energy (R.E.): ¿Cuál es la visión general del proyecto HYIELD y el papel crucial que desempeñará Eurecat en el desarrollo de esta planta de demostración?

Maddi Etxegarai (M.E.): El proyecto busca construir la primera planta de demostración de Europa para la conversión de residuos en hidrógeno a gran escala. La solución se basa en un proceso multietapa de gasificación y depuración de gases y en un reactor de membrana de cambio agua-gas para mejorar el syngas y separar el hidrógeno. La planta se instalará en la fábrica de cemento de CEMEX en Alcanar, España, donde el hidrógeno verde se utilizará en la producción de cemento.

Eurecat creará un gemelo digital con inteligencia artificial de la planta para ofrecer estimaciones de costos operativos y pronósticos de producción, adaptándose a las diversas configuraciones de una producción real.

R.E.: ¿Cómo se diseñará el gemelo digital basado en inteligencia artificial y qué tecnologías específicas se utilizarán?

M.E.: Mientras que la mayoría de las soluciones actuales se basan en plataformas muy específicas que no pueden funcionar fácilmente en otros entornos de producción, el gemelo digital desarrollado en el proyecto HYIELD será un sistema modular e interoperable que se extrapolaría fácilmente a otros sistemas de gasificación, independientemente del gas de entrada y del uso final.

La interoperabilidad se logrará aprovechando los conocimientos previos del consorcio. Además, el gemelo digital se desarrollará en paralelo a la puesta en marcha de la planta de demostración, lo que permitirá participar en la toma de decisiones de los sensores más adecuados para la recogida de datos, con el fin de entrenar algoritmos de IA más eficientes. En la actualidad, la mayoría de los gemelos digitales se desarrollan de forma aislada y una vez que ésta ya está en producción, lo que puede limitar su eficacia a la hora de identificar problemas complejos en todo el sistema. Este inconveniente se superará en la propuesta actual, ya que los ingenieros y operadores, como usuarios finales, contribuirán al diseño y a la definición de requisitos de la plataforma final.

Desde el punto de vista de la implementación, se abordarán en detalle dos puntos principales, los algoritmos y el despliegue. Por un lado, los modelos de IA que se utilizan habitualmente en los gemelos digitales para plantas de gasificación emplean el aprendizaje automático clásico, que es realmente muy útil y eficaz en varios casos. Sin embargo, la evaluación de escenarios complejos con diferentes flujos de trabajo y usuarios finales podría requerir el uso de técnicas de aprendizaje profundo. Tales técnicas serán consideradas en este proyecto y se evaluará su posible ventaja con respecto a los algoritmos convencionales. Por otro lado, el despliegue del gemelo digital se realizará en un entorno cloud, que consiste en servidores centralizados accesibles a través de internet, a diferencia de los entornos edge, donde el procesamiento de datos se lleva a cabo directamente en dispositivos locales o cerca de la fuente de dato, lo que garantizará la escalabilidad y la interoperabilidad.

R.E.: ¿Cuáles son los principales beneficios que se esperan obtener del gemelo digital en términos de eficiencia operativa y reducción de costos?

M.E.: En primer lugar, ayudar en el diseño de la planta controlando los costes operativos y prediciendo los valores de producción con diferentes configuraciones y, en segundo lugar, supervisar y proporcionar KPI de rendimiento durante el funcionamiento de la planta. El objetivo es obtener 10 parámetros técnicos controlados para la simulación y ampliar el gemelo digital a otros dos casos prácticos industriales, lo que conllevará una reducción del 10% de las emisiones de CO2 y un 10% de reducción de los costes operativos.

R.E.: ¿Cómo contribuirá este enfoque a la economía circular y a la sostenibilidad a largo plazo en Europa?

M.E.: Se calcula que la generación mundial de residuos pasará de los 2.010 millones de toneladas actuales a 3.400 millones en 2050, más del doble del ritmo de crecimiento de la población. La eliminación de residuos en vertederos abiertos y vertederos sin sistemas de recogida de gases representa el 2% del total de CO2, producido en todo el mundo. Los residuos que van a parar a los vertederos son ricos en energía, entre 8 y 12 MJ por kg3, que, si se aprovechara plenamente, podría proporcionar a las comunidades la mayor parte de sus necesidades energéticas, lo que permitiría eliminar simultáneamente los vertederos y los combustibles fósiles importados. Por tanto, la producción de hidrogeno verde a partir de residuos no solo sería más sostenible de cara a reducir los residuos y la reducción de vertederos, sino que al reciclar materiales y convertirlos en una fuente de energía, se cierra el ciclo de vida de los productos y se maximiza el valor extraído de los recursos, reduciendo al mínimo los desperdicios.

El hidrogeno verde es esencial en este camino y aunque la tecnología de electrolizadores se está ampliando y abaratando, es probable que la UE tenga que abrir nuevas vías de producción de hidrógeno limpio para alcanzar el objetivo de 10 millones de toneladas para 2030.