Il riciclo dell’energia industriale, un tempo trascurato, si sta scaldando
Il calore costituisce circa i due terzi del consumo energetico totale dei processi industriali e circa un terzo del fabbisogno energetico industriale viene dissipato nell’ambiente. Nonostante queste cifre importanti, gli investimenti nelle tecnologie di recupero del calore residuo risultano ancora insufficienti. Il motivo di questa situazione è riconducibile al fatto che gran parte di questa energia dispersa è di bassa qualità. La cattura di calore a bassa temperatura per il riutilizzo in altre applicazioni di un impianto industriale spesso non si rivela pratico o attuabile in termini economici utilizzando le attuali tecnologie consolidate. Il progetto Indus3Es, finanziato dall’UE, ha realizzato un sistema a basso costo che si dimostra all’altezza di queste sfide. I trasformatori di calore ad assorbimento ottimizzano il recupero del calore a temperature inferiori ai 150 °C. Il sistema è stato installato e dimostrato in uno scenario industriale reale, presso l’azienda petrolchimica Tüpraş, con sede in Turchia. Si tratta di una delle prime implementazioni del trasformatore di calore ad assorbimento avvenuta in Europa negli ultimi anni.
Il recupero del calore residuo è ora pronto per le basse temperature
Il fattore chiave per rendere il calore residuo una fonte sostenibile dal punto di vista tecnico ed economico è la comprensione della natura dell’energia coinvolta. La distribuzione della temperatura del calore residuo dipende dal tipo di industria. In generale, per la maggior parte delle industrie, buona parte del calore residuo ha una temperatura inferiore ai 200 °C, eppure le tecnologie di recupero e rivalorizzazione del calore residuo economicamente praticabili sono state confinate principalmente alle fonti di calore residuo a medie e alte temperature. «Il trasformatore di calore ad assorbimento sviluppato nell’ambito del progetto Indus3Es è in grado di recuperare e rivalorizzare in modo efficace il calore residuo a basse temperature a costi competitivi. Impiegando un flusso di calore residuo di circa 100 °C, il trasformatore produce un flusso a temperatura più elevata, rendendola riutilizzabile nelle operazioni di raffinazione. Nel complesso, viene sfruttato circa il 50 % del calore a basse temperature che verrebbe altrimenti scaricato nell’atmosfera», osserva Asier Martinez-Urrutia, ricercatore del progetto.
Principi generali di funzionamento
I trasformatori di calore ad assorbimento eseguono cicli di funzionamento opposti a quelli dei refrigeratori ad assorbimento, che utilizzano il calore per raffreddare. Entrambi i dispositivi sono dotati di condensatore, evaporatore, assorbitore e generatore. La differenza tra di loro risiede nel fatto che l’assorbitore e l’evaporatore funzionano ad alta pressione mentre il condensatore e il generatore a bassa pressione. Il sistema di Indus3Es riesce a produrre una fonte di calore riutilizzabile ad alta temperatura e si avvale di una temperatura più elevata rispetto al calore residuo a bassa temperatura, innalzando la temperatura del flusso di processo da 65 °C a 135 °C. Tenendo conto delle conoscenze derivanti dal funzionamento dei refrigeratori ad assorbimento, i ricercatori del progetto hanno dimostrato una serie di soluzioni innovative nel sistema sviluppato. Queste riguardano l’implementazione di due modalità di funzionamento ad assorbimento adiabatico, un sistema di scarico senza motore per gas non condensabili indesiderati e un nuovo controllo automatico basato sull’equazione caratteristica.
Condurre la tecnologia alla fase commerciale
«Lo sfruttamento del calore residuo industriale potrebbe diminuire il fabbisogno di combustibili fossili e migliorare l’efficienza di innumerevoli processi», osserva Martinez-Urrutia. «Il nostro trasformatore di calore ad assorbimento permette consistenti aumenti dell’efficienza energetica nell’ambito di industrie ad alta intensità energetica, in particolare nel settore chimico e farmaceutico, della carta e della pasta di carta, degli alimenti e della bevande e delle raffinerie». Il primo monitoraggio del funzionamento del sistema ha prodotto risultati promettenti, che si aggiungono al risparmio di energia primaria e alla riduzione di emissioni di CO2. «Il periodo di ammortamento del sistema da 200 kW si è dimostrato essere effettivamente inferiore ai 10 anni, il che corrisponde a un valore molto positivo per un prototipo della capacità di 200 kW. Secondo le nostre stime, potrebbe essere possibile recuperare in circa 6 anni l’investimento in un’apparecchiatura pronta per il mercato», aggiunge Martinez-Urrutia. Al momento, lo scopo dei ricercatori è quello di sviluppare sistemi in grado di funzionare su scale ancora più grandi. Martinez-Urrutia conclude affermando che «si potrebbe accorciare il periodo di ammortamento a 2 anni utilizzando un trasformatore di calore ad assorbimento da 1 MW». Il raggiungimento di capacità superiori si tradurrebbe in una formidabile ascesa nell’uso di questo tipo di trasformatore nelle industrie ad alta intensità energetica.
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