Modi intelligenti di utilizzare l’energia a basso potenziale proveniente da fognature e acque reflue industriali
Il riscaldamento e il raffreddamento negli edifici e nelle industrie sono responsabili di metà di tutto il consumo energetico dell’UE. Secondo i dati del 2019 di Eurostat, circa il 75 % del riscaldamento e raffreddamento risulta ancora derivante dai combustibili fossili. Riunendo 13 partner da 7 paesi europei, il progetto LOWUP, finanziato dall’UE, ha comprovato l’efficacia di tecnologie innovative per la cattura e il riutilizzo dell’energia a basso potenziale. Il calore di scarto rappresenta una risorsa non sfruttata che propone un passo in avanti verso una sostanziale riduzione del consumo di energia primaria e delle emissioni di CO2.
Sciacquare via il calore prezioso dalle fogne
Sebbene possa sembrare incredibile, sotto ai nostri piedi esiste una fonte di energia rimasta pressoché invisibile, ovvero le acque reflue domestiche. Secondo alcuni studi condotti in Germania e Svizzera, il 3 % di tutti gli edifici potrebbe essere riscaldato (o raffreddato) tramite lo sfruttamento del calore derivante dalle acque reflue. «I sistemi fognari contengono acque reflue le cui temperature variano tra i 10 °C e i 25 °C. Questo livello di temperatura permette il funzionamento in modalità economica delle pompe di calore per il riscaldamento (o il raffreddamento) di edifici del settore terziario, tra cui ospedali, hotel, piscine e centri commerciali», osserva Rafael Socorro, coordinatore del progetto. In confronto alle altre fonti di energia tradizionali impiegate per le pompe di calore (acque freatiche, calore geotermico, aria esterna), le acque reflue provenienti dai sistemi di scarico residenziali costituiscono una base perfetta per il recupero del calore poiché hanno temperature superiori. La sfida, pertanto, è riuscire a coniugare uno scambiatore di calore ad alte prestazioni (che estrae il calore dalle fognature) e una pompa di calore. La soluzione innovativa HEAT-LowUP fa affidamento su uno scambiatore di calore ibrido realizzato dal partner del progetto Wasenco. Questo sistema recupera circa il 20-30 % di calore dalle acque reflue dello scarico per riscaldare l’acqua utilizzata in cucina o per il bucato, e riesce a farlo praticamente senza consumare elettricità, grazie all’integrazione di una soluzione passiva.
Recuperare il calore dalle acque reflue industriali
I partner del progetto hanno anche presentato HP-LowUP, una soluzione che recupera il calore dalle acque reflue tiepide prodotte dai processi industriali. La chiave per il successo è rappresentata da uno scambiatore di calore rotante sviluppato dal partner del progetto, l’azienda Pozzi Leopoldo Srl. «Questo tipo di scambiatore di calore è progettato appositamente per lavorare con effluenti sporchi contenenti particolato meccanico senza compromettere l’efficienza. Mantenendo in rotazione costante le superfici di scambio (i dischi), lo scambiatore è in grado di rimanere pulito e dunque non richiede quasi nessun intervento di manutenzione», spiega Socorro. «In genere, gli scambiatori di calore tendono a intasarsi o guastarsi durante il trattamento dei fluidi sporchi, il che può compromettere in larga misura l’efficienza degli impianti di recupero di energia dalle acque reflue. Nel peggiore dei casi, il rendimento della trasmissione di calore dello scambiatore di calore può ridursi di un fattore di 2,5», aggiunge Socorro. Oltre al nuovo design dello scambiatore di calore, i ricercatori hanno migliorato il controllo della valvola di espansione, che ora ha un coefficiente di trasferimento del calore più elevato. Inoltre, hanno introdotto un nuovo sistema di controllo che offre un riscontro più accurato sullo stato della pompa di calore. HP-LowUP non è ancora stato messo in pratica, ma i primi risultati in una conceria si sono rivelati molto promettenti per l’uso diffuso in un ambiente industriale. Infatti, gli scarichi a bassa temperatura (29 °C) sono stati convertiti in acqua preriscaldata utilizzabile (40 °C). «La maggior parte della potenza termica necessaria all’impianto di recupero di calore (circa 500 kW) è stata fornita consumando solo circa 50 kW (derivanti dagli strumenti ausiliari del sistema e dalla pompa di calore), permettendo di raggiungere un eccezionale coefficiente di rendimento complessivo. Supponendo che il sistema lavori 168 ore a settimana per 48 settimane all’anno, può recuperare 3 792 MW/anno ed evitare l’emissione di 1 250 tonnellate all’anno di CO2», conclude Socorro.
Parole chiave
LOWUP, acque reflue, scambiatore di calore, fognature, pompa di calore, riscaldamento e raffreddamento, calore di scarto, energia a basso potenziale, efficienza energetica, efficienza energetica nell’industria