Forni industriali ecoefficienti in grado di recuperare e accumulare il calore residuo per quando ne avranno bisogno
Le industrie ad alta intensità energetica consumano enormi quantità di energia per l’alimentazione di processi chimici, fisici e meccanici. Ingenti quantità di tutta l’energia utilizzata vengono dissipate nell’ambiente sotto forma di calore residuo e solo una frazione relativamente piccola è effettivamente adoperata per finalità di riscaldamento diretto o la produzione di elettricità. Ma se c’è l’energia, perché non utilizzarla per migliorare ancora di più l’efficienza dei processi industriali?
In che modo il recupero del calore potrebbe contribuire a risparmiare 300 TWh l’anno
Il recupero del calore residuo non potrebbe mai dimostrarsi così importante come nel caso dei forni di riscaldamento e fusione alimentati a combustibili fossili impiegati nel settore industriale, in particolare in applicazioni che riguardano metallurgia, vetro e ceramica. Le maggiori quantità di perdita di calore provengono dallo scarico del forno, dove le temperature possono addirittura raggiungere i 1 600 °C. Sebbene si tratti del tipo di calore più pratico da recuperare e riutilizzare, le industrie ad alta intensità energetica non adoperano quasi mai questa fonte di calore ad alta temperatura a loro vantaggio, principalmente a causa di ostacoli di carattere tecnologico o economico. «Gli impianti industriali in Europa potrebbero risparmiare circa 300 TWh di calore residuo all’anno», osserva Patricia Royo, responsabile di progetto presso la fondazione CIRCE(si apre in una nuova finestra). Ciò equivale a un risparmio annuale di oltre 250 milioni di tonnellate di emissioni di CO2. In collaborazione con i partner del progetto provenienti da Germania, Spagna, Francia, Italia, Polonia, Slovenia, Regno Unito e Turchia, il centro di tecnologia con sede in Spagna è stato alla guida del progetto VULKANO(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE. La maggior parte del suo promettente operato si è concentrata sulla tecnologia di accumulo di energia termica basandosi su materiali a cambiamento di fase, capaci di recuperare e immagazzinare calore ad alta temperatura da fonti oltre i 1 000 °C. La soluzione di riqualificazione dell’accumulo di energia termica potrebbe aiutare le industrie europee ad alta intensità energetica a migliorare del 10 % l’efficienza energetica dei loro forni di riscaldamento e fusione.
Tutto dipende dalla fase
«Il connubio tra l’accumulo di energia termica e l’uso di materiali a cambiamento di fase permette il recupero e l’accumulo del calore residuo dai gas di combustione o altre fonti di calore in eccedenza per il preriscaldamento dell’aria che entra nel forno», spiega Patricia Royo. Quando un materiale a cambiamento di fase si fonde o si solidifica, una grande quantità di energia viene assorbita o rilasciata e questo calore latente può essere utilizzato quando necessario. «Rispetto ai sistemi che si basano sul calore sensibile, i materiali a cambiamento di fase sono dotati di un’elevata densità di accumulo energetico, che li rende un’opzione di progettazione più compatta. Inoltre, aiutano a mantenere un accumulo quasi isotermico e aumentano la flessibilità del sistema. L’accumulo di calore può essere destinato a vari scopi, tra cui il preriscaldamento dell’aria di combustione immessa in ingresso al forno o l’innalzamento della temperatura di carico. I partner del progetto hanno collaudato la tecnologia in un impianto siderurgico in Slovenia, registrando risultati entusiasmanti. Da solo, il sistema riesce a risparmiare 351 MWh di energia termica all’anno. Nel corso delle dimostrazioni del progetto, il riutilizzo dell’energia termica recuperata ha portato a un innalzamento dell’aria di combustione pari a 200-300 °C. I materiali a cambiamento di fase potrebbero condurre a un miglioramento del 5-12 % dell’efficienza energetica del forno durante la fase di scarico. La tecnologia di accumulo e recupero del calore residuo ha costituito solo una parte della soluzione avanzata e integrata di riqualificazione del progetto VULKANO per forni ecoefficienti e competitivi. Le altre innovazioni di cui è responsabile riguardano materiali refrattari, bruciatori di co-combustione, sistemi di monitoraggio e controllo nonché uno strumento olistico interno di previsione. «Le soluzioni integrate di riqualificazione del progetto VULKANO forniscono un modo per potenziare i forni industriali presenti», conclude Royo. «I risparmi energetici annuali potrebbero ammontare a 100 000 euro».
