Ricavare elettricità dal calore industriale disperso
La tecnologia del ciclo di Rankine organico (ORC), che recupera l’eccesso di calore di basso grado, ha un grande potenziale per aiutare a realizzare gli obbiettivi UE 20-20-20. Tuttavia, la tecnologia esistente non si rivolge alle piccole differenze di temperatura in confronto all’aria dell’ambiente. Il progetto LOVE (“Low-temperature heat valorisation towards electricity production”) ha cercato di identificare fonti di calore disperso a basse temperature (meno di 120 gradi centigradi) e di sviluppare tecnologie efficaci dal punto di vista dei costi per convertire queste fonti in elettricità. I partner del progetto hanno definito una metodologia per un’integrazione ottimale dei cicli termodinamici basata sull’analisi pinch e sull’integrazione dei processi. Questo è stato applicato principalmente ai casi di test identificati nel settore del cemento. Due prototipi ORC da 100 kWel sono stati inseriti in due cementifici oggetto di studi pilota allo scopo di recuperare il calore di scarto e di produrre energia elettrica. I ricercatori hanno progettato vari componenti, tra cui una turbina a flusso radiale, uno scambiatore di calore con tubi alettati e colonne impaccate, che sono stati successivamente adattati agli studi pilota. Sono stati inoltre portati a termine gli studi teorici per un sistema ORC da 1 MWe. Differenti prototipi di scambiatori di calore polimerici gas–liquido sono stati fabbricati e testati in condizioni di laboratorio. Degli scambiatori di calore a tubo capillare sono stati facilmente prodotti con risultati promettenti per quanto riguarda trasferimento di calore e perdita di carico. I progetti basati su un film polimerico hanno mostrato prestazioni di trasferimento del calore molto buone ma una fabbricazione impegnativa. Inoltre è stata studiata la possibilità di estrarre calore disperso da materiali solidi usando il raffreddatore del cemento come metodo di prova. La modellazione e la simulazione dei fenomeni del trasferimento di calore e massa hanno consentito di identificare delle possibili modifiche al progetto del raffreddatore del cemento per aumentare il recupero di calore. Basandosi sui prototipi i partner del progetto hanno effettuato una dettagliata valutazione tecnico-economica per il recupero del calore di scarto a basse temperature. I risultati hanno indicato tempi di recupero dell’investimento superiori a quelli generalmente accettati dall’industria per investimenti non relativi alla produzione. Sono stati inoltre valutati i pericoli relativi a sicurezza e ambiente delle installazioni ORC, compresa un’analisi completa della valutazione del ciclo di vita riguardante la loro impronta ecologica. Le attività di divulgazione del progetto hanno incluso pubblicazioni in riviste, presentazioni e conferenze. Inoltre è stata presentata una domanda di brevetto per il recupero del calore disperso dai gas nella canna fumaria degli impianti di produzione del cemento.
Parole chiave
Elettricità, calore disperso, industria, ciclo Rankine organico, valorizzazione calore
