Recupero di calore: l'eroe dimenticato lungo il percorso verso le emissioni zero <a id=article-top></a>
In un mondo in rapida evoluzione, l'efficienza resta prioritaria
Tim Kraemer, Direttore Sviluppo Attività a Vapore GESTRA
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Giorno dopo giorno, le aziende e la società si ritrovano ad affrontare innumerevoli sfide e incertezze. I mercati dell'energia continuano a essere volatili e il conflitto in Europa sta avendo un forte impatto sulla sicurezza dell'approvvigionamento energetico globale. E stiamo già assistendo agli effetti del cambiamento climatico, con eventi imprevedibili sempre più frequenti.
Una cosa è certa: per raggiungere il nostro obiettivo di zero emissioni nette, sarà necessario porre una forte enfasi sull'innovazione e l'azione. Le aziende stanno già assumendo un ruolo guida, consapevoli dell'ingente lavoro da svolgere e dei tempi ristretti a disposizione.
Riecheggiando gli sforzi di business lungimiranti, anche i governi stanno iniziando a rispondere a queste sfide. Quest'anno, in Germania, entrerà in vigore l'EEG 2023 (un emendamento della Legge sulle fonti rinnovabili¹). Il suo scopo è garantire che, entro il 2030, l'80% dell'elettricità consumata a livello nazionale sia ottenuto da energie rinnovabili e che l'elettricità generata sia praticamente priva di gas a effetto serra (GHG) entro il 2035.
È prevista anche una nuova legge sull'efficienza energetica, attualmente all'esame del governo federale tedesco². Se varata, richiederebbe alle aziende che consumano più di 10 Gigawattora (GWh) di energia all'anno di implementare schemi di gestione dell'energia. Le aziende più piccole che consumano 2,5 GWh dovranno condurre audit energetici, mentre tutte le società dovranno evitare il calore di scarto nei processi produttivi o utilizzarlo autonomamente, purché sia economicamente sensato.
La Germania non è l'unico Paese che considera l'efficienza fondamentale per un potenziale futuro a emissioni zero. Lo scorso settembre, l'amministrazione statunitense Biden-Harris ha pubblicato la sua Roadmap per la decarbonizzazione del settore industriale. Al pari della Germania, circa il 30 percento del fabbisogno di calore destinato ai processi industriali negli USA è riconducibile alla produzione di vapore.
L'efficienza energetica è una strategia di decarbonizzazione trasversale fondamentale, tuttora l'opzione più conveniente per la riduzione delle emissioni GHG nel breve termineRoadmap per la decarbonizzazione del settore industriale, Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
Constatare che le economie mondiali che emettono più gas serra (Cina, USA ed Ue) considerano l'efficienza come un fattore chiave nel raggiungimento dello zero netto è un segno estremamente positivo. Certo, si tratta solo di un fattore di tale percorso, ma è un fattore vitale e continuo del processo.
Con l'avvicinarsi delle scadenze di mitigazione del cambiamento climatico, altre leve giocheranno indubbiamente ruoli sempre più critici. L'elettrificazione dei processi per mezzo di energie rinnovabili e l'uso di idrogeno come combustibile e materia prima svolgeranno un ruolo importante, ma si svilupperanno gradualmente. Facendo di più con meno, che è essenzialmente il concetto di efficienza, accelereremo il cambiamento in attesa che emergano nuove tecnologie.
Efficienza in pratica: recupero di calore nella sala caldaie
Puntare sull'efficienza ha il grande vantaggio di un'azione immediata che non richiede sostanziali cambiamenti all'infrastruttura. Il miglioramento dell'efficienza negli impianti a vapore è una necessità che non richiede spiegazioni. Il vapore continua ad avere un valore prezioso per molti processi e rappresenta l'uso finale più significativo dell'energia nel settore industriale. Tuttavia, in base alla nostra esperienza, molte aziende non sono consapevoli delle opportunità di miglioramento dell'efficienza del vapore non ancora sfruttate.
Il nucleo di qualsiasi impianto a vapore è la generazione del vapore che, a prescindere dal combustibile usato, farà probabilmente affidamento su una caldaia. In tutte le caldaie si assiste a un'evaporazione continua nel corso del loro normale funzionamento. Ciò accresce gradualmente il numero di solidi disciolti all'interno, un processo che deve essere gestito per evitare danni alla caldaia e all'impianto a vapore collegato.
Il metodo comunemente utilizzato in tal caso è il cosiddetto spurgo della caldaia, suddiviso ulteriormente in altre due categorie: spurgo dal basso (noto anche come spurgo intermittente) e spurgo continuo. Entrambi i metodi espellono eventuali depositi indesiderati rilasciando parte della capacità della caldaia. Se questa viene trattata semplicemente come un'operazione necessaria, senza alcun tentativo di recupero del calore e dell'acqua presenti, lo spreco di energia è notevole.
Ma questa energia può essere catturata e utilizzata, soprattutto nel caso dei volumi più elevati previsti nello spurgo continuo. Naturalmente, è la natura specifica di un impianto a vapore a determinare il potenziale di recupero e risparmio energetico, ma persino in un circuito semplice, il periodo di payback potrebbe corrispondere solo a pochi mesi.
In presenza di circuiti più sofisticati (come nel diagramma sottostante), il vapore istantaneo e il calore di spurgo servono a riscaldare e disareare l'acqua di alimentazione e i risparmi annui possono equivalere a decine di migliaia di euro. E basta solo un investimento modesto.
Diagramma schematico di un'installazione con serbatoio flash di spurgo e ricevitore
Il recupero di calore potrebbe portare a un risparmio del consumo energetico pari al 15%
Visto che il ciclo di vita medio di una caldaia a vapore potrebbe essere di 20-30 anni, massimizzare l'efficienza con il recupero del calore generato dallo spurgo è un'opzione sensata ed economicamente valida. Naturalmente, il passo logico successivo sarebbe l'analisi dell'intero impianto e l'ottimizzazione in campo di recupero della condensa, isolamento e delle tante misure di efficienza disponibili. Dena, l'agenzia tedesca per l'energia, stima che il recupero di calore potrebbe ridurre il consumo energetico necessario durante la generazione di vapore e acqua calda di una media del 15 percento.
Con l'emergere di nuove tecnologie, le opzioni future potrebbero risultare realizzabili. Entro pochi anni, la caldaia potrebbe essere adattata in maniera tale da sfruttare l'elettricità rinnovabile per generare vapore. Tuttavia, per garantire un funzionamento efficace, si dovrà comunque ricorrere allo spurgo e il recupero di calore continuerà a incidere sulla sua efficienza e sostenibilità.
Inoltre, ha senso da un punto di vista economico. La Germania, la più grande economia europea e il più grande Paese emettitore di gas GHG, si trova in una posizione ideale per essere all'avanguardia e dare l'esempio. La nostra comprovata esperienza in campo di innovazione e ingegneria è rispettata in tutto il mondo. Pertanto, se adattiamo i nostri processi e li cambiamo in meglio, potremo porci tra i fornitori leader di soluzioni volte a combattere il cambiamento climatico.
Noi di GESTRA, siamo dediti al miglioramento della performance e dell'efficienza del vostro impianto a vapore da oltre 120 anni. Possiamo supportare la vostra azienda nella transizione energetica, sfruttando la nostra esperienza e competenza per approfittare dei benefici del vapore in futuro.
¹: Sviluppo di energie rinnovabili (pagina in tedesco) | Governo federale (bundesregierung.de)
²: La Germania procede con la legge sull'efficienza energetica, in mezzo ai colloqui in corso nell'Ue – EURACTIV.it